机械效率专题复习
2023-04-16杨凤燕
杨凤燕
[考点提炼]
考点1：分析判断题目情境中的W有、W额、W总
典型题1：利用滑轮或滑轮组提升重物，如图1。
提示：绳子段数：与動滑轮接触的绳子都需承担物重；s = nh（s：绳子移动的距离；n：绳子段数；h：物体上升高度）；v绳 = nv物。
思维要点：竖直提升重物时，无论是否使用机械，都必须克服物体重力做功，因此W有 = G物h；影响滑轮组机械效率的因素：物重、动滑轮重、绳重与摩擦。
解题思路：η = [W有W总]；W总 = Fs绳或W总 = Pt或W总 = W有+W额。
典型题2：利用滑轮或滑轮组水平移动重物，如图2。
提示：绳子移动距离和物体移动距离关系：s绳 = ns物，绳子运动速度和物体运动速度关系：v绳 = nv物。
思维要点：水平拉动物体时，无论是否使用机械，都必须克服物体所受摩擦力做功，因此W有 = f物s物。
解题思路：η = [W有W总]；W总 = Fs绳或W总 = Pt或W总 = W有 + W额。
典型题3：利用斜面提升重物，如图3。
提示：唯一的额外功是克服物体和斜面之间的摩擦做的功；拉力F大于摩擦力f （f沿斜面向下）。
思维要点：使用斜面的目的也是竖直方向提升重物，因此克服物体重力做的功为有用功，因此W有 = G物h。
解题思路：η = [W有W总]；W总 = Fs或W总 = W有 + W额 = Gh + fs。
考点2：理解题目情境中的关键词
1.杠杆静止或匀速转动：杠杆平衡，满足杠杆平衡条件F1l1 = F2l2。
2.不计绳重和摩擦（滑轮组竖直使用）：额外功W额 = G动h；拉力F = [G物+G动n] 。
3.浸没：V排 = V物。
[真题精讲]
例1 （2022·云南）如图4，工人利用滑轮组将质量为57 kg的建筑材料匀速提升，绳子自由端移动的速度为0.4 m/s，动滑轮的质量为3 kg，忽略绳重和摩擦，g = 10 N/kg，则（ ）。
A. 经过10 s建筑材料被提升4 m
B. 工人对绳子的拉力为300 N
C. 经过10 s工人做的有用功为2280 J
D. 此过程中该滑轮组的机械效率为90%
解题思路：忽略绳重和摩擦，意味着W额 = G轮h；F = [G物+G轮2]。
工人对绳子的拉力为
[F=12G物+G动=12×（57 kg×10 N/kg+3 kg×10 N/kg）=300 N]；
此过程中该滑轮组的机械效率为
[η=W有W总=G物hFs=m物ghFs=57 kg×10 N/kg×2 m300 N×2×2 m=95%]。
答案：B
例2 （2022·辽宁·本溪）用如图5所示的滑轮组拉动重300 N的箱子，以0.2 m/s的速度在水平地面上做匀速直线运动，箱子与地面间的摩擦力为自身重力的0.2倍，滑轮组的机械效率为75%，下列说法正确的是（ ）。
A. 拉力F为80 N
B. 10 s内绳子自由端移动2 m
C. 3 s内物体重力做功180 J
D. 拉力F的功率为16 W
解题思路：关键词含义：f = 0.2G = 0.2 × 300 N = 60 N；绳子段数n = 2；W有是克服摩擦力做的功。
箱子在水平地面上匀速运动，箱子的重力方向与物体运动的方向垂直，重力不做功。
根据公式[P=Wt=Fst=Fv]，拉力F的功率为[P=Fv绳=40 N×0.4 m/s=16 W]。
答案：D
[总结提升]
此类问题的常见解题步骤为：
1.审题：将题中的数据赋给相应的物理量；圈画关键词，标注其含义；
2.解题：从结果出发，画出推向已知的思维导图；
3.计算题确定书写顺序：从已知出发，往回推至要求的结果（注意必要的文字说明：水平匀速、浸没等）；
4.书写：注意公式中各物理量的单位统一用国际单位。
[专题精练]
1. （2022·内蒙古·通辽）如图6，用如图甲所示的滑轮组提升物体M，已知物体M所受的重力为550 N，卷扬机加在绳子自由端的拉力F将物体M在20 s内沿竖直方向匀速提升10 m，拉力F做的功W随时间t的变化图象如图乙所示，忽略绳重及摩擦，下列说法正确的是（ ）。
A. 拉力F为350 N
B. 绳子自由端移动的速度为0.5 m/s
C. 动滑轮重为50 N
D. 该滑轮组的机械效率为83.3%
2. 将一边长为0.2 m，密度为2.5 × 103 kg/m3的正方体石块，匀速从水中提起，已知动滑轮重力为40 N，不计轮重、摩擦和水的阻力。求：
（1）物体浸没在水中时所受到的浮力大小；
（2）物体浸没在水中匀速上升时，动滑轮下端挂钩处绳对物体的拉力F0的大小；
（3）物体完全离开水面后，继续匀速向上提升，此时滑轮组的机械效率大小。（结果保留一位小数）
[答案：1. C 2. （1）80 N （2）120 N （3）83.3%。]
（作者单位：辽宁大学附属实验学校）
