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滑輪組是八年級物理的重要知識點,關於滑輪組的力學綜合題具有相當大的難度,也是物理考試的難點,本文就例題詳細解析這類題型的解題思路,希望給大家的期末複習備考帶來幫助。
例題
如圖所示裝置,物體B是密度為5 ×10kg/m ,體積為2dm的金屬塊,它在水中勻速下沉時,通過滑輪組拉著重180N的物體A在水平面上勻速運動。當用一個水平向左的力F1拉物體A,使物體B在水中勻速上升(物體B未露出水面)時,拉力F1的功率P1,滑輪組的機械效率為η1;把物體把B換成密度是9 ×10 kg/m,體積是1.25dm的金屬快C後, 使物體C在水中勻速上升(物體C未露出水面),用另一個水平向左的力F2拉物體A, 拉力F2的功率P2,在3s內使物體B勻速上升0.9m,此時滑輪組的機械效率為η2 。已知:兩次拉力F1∶F2=10∶11。(不計繩重、滑輪組裝置的摩擦及水中的阻力,g取10N/kg。),求:
(1)η1 / η2的值
(2)物體A所受的摩擦力f1
(3)拉力F2的功率P2
1、當物體A不受水平向左拉力作用時
對物體B進行受力分析,在豎直方向上受到豎直向下的重力G2、豎直向上的浮力F浮1和動滑輪的拉力F拉1。
根據物理受力平衡的條件:金屬塊B均速下沉,處於平衡狀態,則金屬塊B在豎直方向上受力和為零,即G2= F浮1+ F拉1。
根據重力和浮力的計算公式和題目中的條件:G2=ρ2gv2,F浮1=ρ水gV2,V2=dm,ρ2=5 ×10kg/m ,則金屬塊B的重力G2=100N,金屬塊B所受的浮力F浮1=20N。
根據結論:G2= F浮1+ F拉1,G2=100N,F浮1=20N,則F拉1=80N。
對動滑輪進行受力分析,在豎直方向上受到豎直向下的重力G動、金屬塊對動滑輪的拉力F拉1和豎直向上的三股繩的拉力3F拉1』。
根據物理受力平衡的條件:動滑輪均速運動,處於平衡狀態,則動滑輪在水平方向上受力和為零,即G動+ F拉1=3F拉1』。
對物體A進行受力分析,在水平方向上受到水平向右的動滑輪的拉力F拉1』和水平向左的滑動摩擦力f1。
根據物理受力平衡的條件:物體A勻速運動,處於平衡狀態,則物體A在水平方向上受力和為零,即動滑輪對物體A的拉力F拉1』=f1。
根據結論:G動+ F拉1=3F拉1』, F拉1』=f1,F拉1=80N,則G動+80=3f1。
2、當物體A受力F1作用時
物體勻速上升與勻速下降的受力情況相同,則對物體B的受力分析與上一小題完全相同,得到的結論也一樣,不再贅述。
對物體A進行受力分析,在水平方向上受到水平向左的拉力F1、水平向右的摩擦力f1和拉力F拉1』。
根據物體受力平衡的條件:物體A勻速運動,處於平衡狀態,則物體A在水平方向上受力和為零,即F1= f1+ F拉1』。
根據結論:F拉1』=f1,F1= f1+ F拉1』,則F1=2f1。
3、當物體A受力F2作用時
對金屬塊C進行受力分析,在豎直方向上受到豎直向下的重力G3、豎直向上的浮力F浮2和動滑輪的拉力F拉2。
根據物理受力平衡的條件:金屬塊C均速上升,處於平衡狀態,則金屬塊C在豎直方向上受力和為零,即G3= F浮2+ F拉2。
根據重力和浮力的計算公式和題目中的條件:G3=ρ3gV3,F浮2=ρ水gV3,V3=1.25dm,ρ3=9 ×10 kg/m,則金屬塊C的重力G3=112.5N,金屬塊C所受的浮力F浮2=12.5N。
根據結論:G3= F浮2+ F拉2,G3=112.5N,F浮2=12.5N,則F拉2=100N。
對動滑輪進行受力分析,在豎直方向上受到豎直向下的重力G動、金屬塊C對動滑輪的拉力F拉2和豎直向上的三股繩的拉力3F拉2』。
根據物理受力平衡的條件:動滑輪勻速運動,處於平衡狀態,則動滑輪在水平方向上受力和為零,即G動+ F拉2=3F拉2』。
對物體A進行受力分析,在水平方向上受到水平向左的拉力F2、水平向右的摩擦力f1和拉力F拉2』。
根據物體受力平衡的條件:物體A勻速運動,處於平衡狀態,則物體A在水平方向上受力和為零,即F2= f1+ F拉2』。
根據結論:G動+ F拉2=3F拉2』, F2= f1+ F拉2』, F拉2=100N,則G動=3(F2-f1)-100。
根據結論:G動+80=3f1,G動=3(F2-f1)-100,則F2=2f1+20/3。
根據題目中的條件和結論:F1=2f1,F2=2f1+20/3,F1∶F2=10∶11,則f1=100/3N,F1=200/3N,F2=220/3N。
根據結論:G動+80=3f1,f1=100/3N,則G動=20N。
根據速度的計算公式和題目中條件:v1=2v2,v2=s/t,s=0.9m,t=3s,則物體A的運速度v1=0.6m/s。
根據功率的計算公式和結論:P2=F2v1,F2=220/3N,v1=0.6m/s,則拉力F2的功率P2=44Pa。
根據機械效率的計算公式和結論:η1=F拉1/(F拉1+G動),η2=F拉2/(F拉2+G動),F拉1=80N,F拉2=100N,G動=20N,則η1/η2=24/25。
結語
關於滑輪組的力學綜合難題的解題思路:
單獨分析系統中各個組成部分的受力情況,利用平衡條件、力學計算公式得到各個力之間的數量關係;
利用題目中的條件計算各個力的大小,對於條件不足無法計算的力,先列出等式待定;
匯總前面得到的各個等式,利用數學解方程的思想求解各個未知物理量;
動滑輪的自重是計算滑輪組機械效率的關鍵,必須選定正確的有用功和總功,才能正確求解。