初中物理简单机械-功和能(典型例题解析教师)
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初中物理简单机械-功和能(典型例题解析教师)
功和功率典型例题解析
例1如图1—6—2(a)是一个均匀直杠杆,O为支点,在A点挂一重10N的物体,则在B点用20N的力,可以使杠杆处于水平平衡状态.问:(1)若在C点仍用20N向下的力,杠杆能否平衡?(图中每个格距离相等)
(2)若在C点用20N的力,方向不限,讨论杠杆是否可能平衡?
精析F的力臂大小直接关系到杠杆能否平衡.
解(1)力F作用于B点时,杠杆平衡:
G·AO=F·OB
当力F作用于C点时:G·AO=10N×AO=10N ×2OB
(a)`(b)
图1—6—2
F·OC=20 N×20B
F·OC>G·AO
∴杠杆不能平衡,C端下沉.
(2)根据上面的讨论,若C点用力为20N,但方向不限的话,我们可以采取减小力臂的方法,使杠杆重新平衡.如图1—6—2(b).当F斜着用力时,力臂减小为l2.
若此时F=20N,l2=OB大小,则杠杆可以再次平衡.
答案不能平衡,可能平衡
例2(南京市中考试题)利用图1—6—8中的滑轮组提升重物A(物体A重1600 N),滑轮组的机械效率为80%,当物体匀速提升时,作用在绳端的拉力F为________N,如果增大物重,此滑轮组的机械效率.(选填“变大”、“变小”或“不变”)
图1—6—8
精析考查力、功和机械效率之间的关系.
解已知:G=1600N,机械效率η=80%
设提升时,物体上升h.
根据图,拉力上升高度为S=4h
η=总有W W =h F
Gh 4 F =η4G =8.041600⨯N =500N 分析物重对机械效率的影响
η=总有W W =额有有
W W W +=有额
W W +11=Gh W 额+11
若h 、W 额不变,G 增大,η提高.
答案 500N ,变大
例3 (黄冈中考试题)如图1—6—9所示,物体M 放在水平桌面上,现通过一动滑轮(质量和摩擦不计)拉着M 向左匀速运动,此时弹簧测力计(质量可忽略)示数为10N .若在M 上加放一物块m 可保持M 向左匀速运动,需在绕过动滑轮的绳子的自由端施加一拉力,则F ′ ( )
图1—6—9
A .M 运动时受到向左的摩擦力
B .加放m 前,M 受到10N 的摩擦力
C .加放m 前,M 受到20N 的摩擦力
D .加放m 后,力F ′,保持10N 不变 精析 此题考查学生对平拉滑轮组的受力分析,并考查学生对滑动摩擦力随压力增大而增
大的知识点.
未加m之前,拉力F与弹簧测力计的示数相同,也为10 N.
f,f=2F=20N.f 用动滑轮匀速拉重物,F=
2
方向向右.C选项是正确的.
f ,由于M对地面压
加放m后,F′=
2
力增大,所以摩擦力增大,F′也增大,F′
>10N.
答案C
例4在下述情况中,若物体重100N,则力对物体做了多功?
(1)物体沿着光滑的水平面匀速前进了1 m,求推力对物体做的功.
(2)物体沿水平面匀速前进了10m,摩擦力是20N,求拉力做的功.
(3)物体沿光滑斜面滑下,斜面高1 m,长2m,如图l—6—10所示,求重力对物体做的功.(4)如图1—6—10,物体从斜面上滑下,求支持力对物体做的功.
图1—6—10
精析初中阶段研究力做功,主要指下列几种情况:
第一种:力和物体运动方向一致,称为力对物体做功.
第二种:力和物体运动方向相反,可以称为克服某个力做功.如向上抛出某个物体,重力方向向下,物体运动方向向上,可以称为克服重力做了功.
第三种:当某个力和运动方向垂直,则这个力对物体做的功为零.
解(1)水平面光滑,认为摩擦力为零.物体匀速前进,推力也为零.这时W=0.
(2)物体匀速直线运动,推力F=f(摩擦力)=20N,s=10m,所以:W=20N×10m=200J.(3)物体沿重力方向移动的距离为h,重力做的功W=Gh=100N×1m=100J.
(4)如图1—4—10,物体沿斜面运动,支持力方向与运动方向垂直,物体沿支持力方向没
有移动,W =0.
答案 (1)W =0 (2)W =200 J (3)W =100 J (4)W =0
例5 (北京市西城区中考试题)图1—6—11所示滑轮组匀速提升物体.已知物重G =240N ,拉力
F =100N ,该滑轮组的机械效率是
________.
图1—6—11
精析 此题主要考查是否会计算滑轮组的有用功、总功和机械效率.
解 有用功:W 有=Gh =240N ·h
h 为物体被提升的高度.
总功:W 总=F ·s =F ·3h =100N ·3h
s 为拉力移动的距离.
注意:有3根绳子连在动滑轮上,则s =3h
机械效率:η=总有
W W =h N h N 3100240⋅⋅=300240=80% 错解 有的学生忽略了距离关系,认为总
功:W
总
=F·h=100N·h.按照这个分析,求得η>100%,结果与实际情况不符.
∵W
总=W
有
+W
额
,由于额处功的存在,W
有
一定小于W
总
,η一定<100%.
答案80%
例11(北京市石景山区试题)用动滑轮将400N的货物以0.5m/s的速度匀速提高了2m,绳端的作用力是250N,则有用功的功率是________W.
精析题目给了力、距离和速度等多个数据.考查学生面对多个量,能否正确地挑选出题目所需要的数值.
解有用功率的概念:P
有=
t
W
有=
t
Gh=G·v
其中G为物体重,v为物体上升速度.
P有=Gv=400N×0.5m/s=200W
扩展:如果求总功率,则有:
P总=t W总=t Fs=F·v′
v′为拉力F提升速度.
在此题中,一个动滑轮:s=2h,所以v′=2v=1m/s
∴P
总
=Fv′=250N×1m/s=250W