滑輪組中關於有用功、額外功、總功以及機械效率計算全攻略

2020-12-04 原圓老師講物理

摘要:在滑輪組機械效率的計算中,怎樣區分有用功、總功和額外功;怎樣進行有用功、總功和額外功的計算。成為滑輪組機械效率進一步計算的障礙。本文就致力於解決這些障礙,打好機械效率計算的基礎關。

01知識再現:

1、在物理學中我們把有用功與總功的比值叫做機械效率,機械效率用符號η表示,機械效率用百分數來表示。

2、機械效率的計算公式:η=W有/W總

3、機械效率的大小為什麼總是小於1?

因為使用任何機器都不可避免的要做額外功,有用功總是小於總功,所以機械效率總是小於1。

02舉例說明

例題1解讀

1、有用功的計算

如圖所示,利用滑輪組提起重物,拉力F是克服重力做功,所以,克服重力所做的功就是有用功,

計算公式為:W有=Gh 或者是W有 =W總-W額

2、額外功的計算

在提起重物的過程中,拉力F還克服機械間的摩擦做功,還提起動滑輪和繩子做功,這些功都是沒有用的功,所以這些功都稱為額外功。

計算公式為:W額=W總-W有

若試題中已知「不計繩重及摩擦」時,額外功的計算公式還有W額=G動h,即提起動滑輪所做的功。

3、總功的計算

拉力F在提起重物的過程中,不僅做了有用功,同時也做了額外功,所以拉力F所做的功,既包含有用功,也包括有額外功,可見,拉力F做的功就是總功。

計算公式為:W總=W有+W額

或者是W總=Fs(s為繩子自由端移動的距離)

4、機械效率的計算

l 一般計算公式:η=W有/W總=Gh/Fs=G/Fn (n為承擔動滑輪的繩子段數。在滑輪組中,有關係式s=nh)

l 若試題中已知「不計繩重和摩擦」,則額外功就是提起動滑輪所做的功,此時,η=W有/W總=G/(G+G動)

l 若試題中已知「不計繩重和摩擦,不計動滑輪重」時,機械效率為100%,此時F=G/n

例題2解讀

1、有用功的計算

如圖所示,利用滑輪組拉動物體運動時,拉力F是克服摩擦力做功,所以,克服摩擦力所做的功就是有用功,

計算公式為:W有=fs (s是物體移動的距離)

或者是W有 =W總-W額

2、額外功的計算

在拉動物體運動的過程中,不僅拉動物體運動做功,而且還克服機械間的摩擦做功,這些功都是沒有用的功,所以這些功都稱為額外功。

注意:此種情況下,拉力F沒有克服重物A、動滑輪和繩子的重力做功。因為重物A、動滑輪和繩子的重力方向是豎直向下的,它們在重力的方向上沒有移動距離,重力就沒有做功。

計算公式為:W額=W總-W有

若試題中已知「不計摩擦」時,額外功為零,機械效率是100%。

3、總功的計算

拉力F在提起重物的過程中,不僅做了有用功,同時也做了額外功,所以拉力F所做的功,既包含有用功,也包括有額外功,可見,拉力F做的功就是總功。

計算公式為:W總=W有+W額 或者是W總=Fs(s為繩子自由端移動的距離)

4、機械效率的計算

(1)一般計算公式:η=W有/W總=fs'/Fs=f/Fn (s'為物體A移動的距離,s為繩子自由端移動的距離,n為拉著動滑輪的繩子段數)

(2)當滑輪組橫放,並且是克服摩擦力做功時,如果試題中已知「不計摩擦「時,沒有做額外功,拉力F和摩擦力的關係是F=f/n(n為拉動滑輪的繩子段數)

03學以致用

有興趣的看官,請在評論區完成如下兩個任務

1、寫出兩道例題的計算結果。

2、參考本文的解讀,完成上圖中的「練一練」,加油喲!

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