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滑輪組是初中物理的重要知識點,也是物理中考的重要題型,本文就例題詳細解析滑輪組力學綜合題的受力分析方法和解題思路,希望能給初三學生的複習備考提供幫助。
例題
如圖所示裝置,物體B所受重力為G,物體A在物體B的作用下在水平桌面上向右勻速運動。小明用一個水平向左的力拉物體A,使物體B以速度v勻速上升,此時滑輪組的機械效率為80%;若將物體B換成物體C後,小明用另一個水平向左的力拉物體A,使物體C以4v的速度勻速上升,此時滑輪組的機械效率為60%。不計繩重及繩與滑輪之間的摩擦,求第二次水平向左拉物體A時,拉力的功率。
1、物體A向右勻速運動
對物體A進行受力分析:在水平方向上受到受到水平向右的繩的拉力F1和水平向左的摩擦力f;
根據物體受力平衡的條件:物體A水平向右勻速運動,則處於平衡狀態,在水平方向上受力和為零,即F1=f;
把動滑輪和物體B作為一個整體進行受力分析:在豎直方向上受到豎直向下的重力和(物體B的重力G、動滑輪的自重G動)、豎直向上的三股繩的拉力3F1';
根據物體受力平衡的條件:物體B豎直向下勻速運動,則處於平衡狀態,在豎直方向上受力和為零,即G+G動=3F1';
根據作用力與反作用力的關係:物體A與物體B通過繩相互作用的力相等,即F1=F1';
根據結論:F1=f,G+G動=3F1',F1=F1',則G+G動=3f。
2、物體B以速度v勻速上升
把動滑輪和物體B作為一個整體進行受力分析:在豎直方向上受到豎直向下的重力和(物體B的重力G、動滑輪的自重G動)、豎直向上的三股繩的拉力3F2;
根據物體受力平衡的條件:物體B勻速上升,則處於平衡狀態,在豎直方向上受力和為零,即G+G動=3F2;
根據功的計算公式和題目中的條件:W有用=G*h,W總=F2*s,s=3h,G+G動=3F2,則
W有用/W總=G/(G+G動);
根據機械效率的計算公式、題目中的條件和結論: η=W有用/W總×100%,η=80%,W有用/W總=G/(G+G動),則G動=G/4;
根據結論:G+G動=3f,G動=G/4,則f=5/12G。
3、物體C以速度4v勻速上升
對物體A進行受力分析:在水平方向上受到受到水平向左的拉力F拉和水平向右的摩擦力f、繩的拉力F3;
根據物體受力平衡的條件:物體A水平向左勻速運動,則處於平衡狀態,在水平方向上受力和為零,即F拉=f+F3;
把動滑輪和物體C作為一個整體進行受力分析:在豎直方向上受到豎直向下的重力和(物體C的重力G'、動滑輪的自重G動)、豎直向上的三股繩的拉力3F3';
根據物體受力平衡的條件:物體C勻速上升,則處於平衡狀態,在豎直方向上受力和為零,即G'+G動=3F3';
根據功的計算公式和題目中的條件:W有用'=G'*h',W總'=F3's',s'=3h',G'+G動=3F3',則
W有用'/W總'=G'/(G'+G動);
根據機械效率的計算公式、題目中的條件和結論: η'=W有用'/W總'×100%,η'=60%,W有用'/W總'=G'/(G'+3/4G),則物體C的重力G'=3/2G動;
根據結論:G動=G/4,G'=3/2G動,則物體C的重力G'=3/8G;
根據作用力與反作用力的關係:物體A與物體C通過繩相互作用的力相等,即F3=F3';
根據結論:G'+G動=3F3',F3=F3',G動=G/4,則G'+G/4=3F3;
根據結論:G'=3/8G,G'+G/4=3F3,則繩對物體A的拉力F3=5/24G;
根據結論:F拉=f+F3,F3=5/24G,f=5/12G,則作用在物體A上向左的力F拉=5/8G;
根據距離的計算公式和結論:s'=v't,h'=4vt,s'=3h',則v'=4v*3=12v;
根據功率的計算公式、題目中的條件和結論:P=F拉'v',F拉=5/8G,v'=12v,則作用在物體A上向左的力的功率P=15/2Gv。
結語
解決滑輪組相關題型的關鍵是進行正確的受力分析,因此需要選取合理的受力分析對象,一般會把動滑輪和下掛的物體作為整體,動滑輪自重的存在是產生機械效率的關鍵。通過受力分析可以得到各個力之間的數量關係,再利用相關的公式進行進一步的計算。只要掌握正確的解題思路和受力分析方法,就能輕鬆應對滑輪組力學綜合題,為物理中考取得高分加油助力!