初中物理简单机械知识点归纳(名师支招初中物理机械效率三大题型剖析)
初中物理简单机械知识点归纳(名师支招初中物理机械效率三大题型剖析)相关概念杠杆机械效率η三种典型的简单机械效率详解简单机械可理解为一种方法和手段, 首先考虑一个物理模型,如果需要将一个物块(重力G)提升高度h,我们可以直接用手提起,此时机械效率η最大,接近100%;但有时重物G过大,徒手很难搬动,此时我们需要借助简单机械。本文以此模型为例分别从杠杆、滑轮组以及斜面详细讲解η的相关知识点。
简单机械的机械效率相关知识点一直作为各地中考的热点,由于该类型题目涉及知识点较广,几乎涵盖了初中阶段力学的所有知识点,因此综合性很强,对学生整体把握力学部分的要求相对较高。
初中阶段常见的简单机械有以下几种:杠杆、滑轮组、斜面、轮轴、螺旋等。
现以三个典型模型为例,详细阐述机械效率的相关知识点及内在联系,供大家欣赏评价,希望对同学们今后解答此类题目有所裨益。
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三种典型的简单机械效率详解
简单机械可理解为一种方法和手段, 首先考虑一个物理模型,如果需要将一个物块(重力G)提升高度h,我们可以直接用手提起,此时机械效率η最大,接近100%;但有时重物G过大,徒手很难搬动,此时我们需要借助简单机械。
本文以此模型为例分别从杠杆、滑轮组以及斜面详细讲解η的相关知识点。
杠杆机械效率η
相关概念
滑轮组机械效率η
相关概念
图2-1 滑轮组
如图2-1所示,利用滑轮组用拉力F将物块G提升高度h。同样,此处我们需要将物块提升高度h,故W有=G·h
滑轮组的额外功,主要源于两部分:克服动滑轮自重G0做功、绳重及摩擦做功(一般习题会括号提示此项不予考虑,但如果没有提及说明需要考虑,如例2-1)。由于动滑轮和物块一起移动,故W额=G0·h。
总功包含有用功和额外功,且来源于拉力F做功,故W总=W有 W额(F·S=G·h G0·h)。
综上所述,机械效率η=W有/W总=G·h/F·S=G·h/(G·h G0·h)=(G/G G0)=1/(1 G/G0)
(注:通过最后一个式子,说明增大G或者减小可以提高滑轮组的,与绳子股数无关)
另外,滑轮组模型中,存在两个重要的关系,F与 (G G0),S与h之间关系如下图:
图2-2 力、距离关系图
F=(G G0)/n以用力的平衡相关知识来证明,如图2-3所示。
(图2-3 受力平衡)
一般题中都会阐明物块匀速上升、匀速拉动或者模型处于静止状态,说明滑轮组时时刻刻都处于平衡状态,选取动滑轮与物块为一个整体(如图虚线框内),由于同一根绳子上受力大小处处相等,则该整体受到3个向上的力(绳子股数3),大小等于拉力F,物块重力G以及动滑轮重力G0,根据受力平衡(F F F)=(G G0),则F=(G G0)/3。
例题精讲
如图用滑轮组匀速提起重为G的物体升高h,每个动滑轮自重为G轮(不计绳重和摩擦),则滑轮组的机械效率是多少?滑轮组自由端拉力F为多少?
分析解答:
斜面机械效率η
相关概念
如图3-1所示,利用斜面用拉力F将物块G提升高度h。同样,此处我们需要将物块提升高度h,故W有=G·h。
斜面的额外功,主要源于物块和斜面间的摩擦力f做功。由于动滑轮和物块一起移动,故G额=f·S
总功包含有用功和额外功,且来源于拉力F做功,故W总=F·S=W有 W额=G·h f·S。
综上所述,机械效率η=W有/W总=G·h/F·S=G·h/(G·h f·S)
例题精讲
例3:如图3-2,斜面长4m,高2m。
质量为50kg的小明站在斜面顶端,用平行于斜面向上的75N的拉力将100N重的物体从斜面底端匀速拉到斜面顶端,g=10N/kg,那么( )
A.小明对物体做的总功为1300J
B.斜面的机械效率为75%
C.物体所受的摩擦阻力为75N
D.物体所受的摩擦阻力为25N
图3-2 斜面
分析解答: