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物理滑輪組范文1
一、滑輪組繞線問題
作圖題是中考中滑輪組知識的常見題型,重在考察學生對于滑輪組的固定端位置的確定能力及承擔重物繞線段數、進行合理繞線的分析能力,學生解答該類題型時可靈活應用以下兩點技巧:
1.奇動偶定
鑒于定滑輪只用來改變繩子的動力方向,而不用來省力,動滑輪則恰恰與之相反.因此,決定滑輪組是否省力的因素只有繩子的段數這一項,在確定固定端問題時,可以采用“奇動偶定”這一規律來判斷.該規律作為確定滑輪繩索固定端的方法,指凡是用來承重的繩索,其段數n若為奇數,則固定端必定位于滑輪組的動滑輪上面,若其段數n為偶數,則該繩子的固定端位于定滑輪之上.如某中考題所示,題目給出圖1這一滑輪組,要求學生進行繞線,以使重物G被勻速提升時最為省力.學生可以根據“奇動偶定”規律來繞線,作出如圖2所示的滑輪組繞線圖.
2.定下動上
解答上題的過程中,學生除了用到“奇動偶定”這一規律之外,還牽涉到滑輪組的繞線規律.即從內到外,拴動時上繞,拴定時下繞,這就是所說的“定下動上”技巧.具體指繞線順序應該從內向外.若滑輪組繩子的固定端居于定滑輪上面,則將繩子向下繞,若固定端居于動滑輪上,則將繩子向上繞.使用此規律對考試問題進行具體地解答時,學生還要充分考慮動滑輪的數量這一問題.如上題所示,題目中動滑輪只數為1,其繩子可繞3段,若動滑輪只數變化,則相應地對繩子段數加以判斷.
二、滑輪組的功與功率
中考中學生對滑輪組的功與功率兩問題進行解答,首先應當熟練準確地找到有用、額外及總功,然后從題目中找出繩子段數,及是否計量摩擦與繩子重量的隱含條件,再使用力與距離計算,對兩物理量進行快速準確地解答.接著以此為基礎,結合功與功率計算公式,對滑輪組的功和功率進行最后計算.
以某題目為例,題目給出如圖3所示的圖形,不將各滑輪之間存在的摩擦與滑輪自重考慮在計量范圍內,要求學生對功和功率進行計算.題目中,左方向受力為3F,右方向受力為物體和地面之間產生的摩擦力f.力的平衡公式規定向右的作用[HJ1.7mm]力等于向左的作用力,得出f=3F這一結論.可以看出,解答該題目時,功的計算不需考慮給定物體的重量.
再以另外一類較為特殊的題型為例,題目見圖4,要求學生求功與功率.學生根據力平衡法則可知F等于2G+動滑[TP8CW18.TIF,Y#]輪的重量G動,然后再使用移動格數方法查出滑動物體滑動的實際距離SF,將力F的移動格數設定為向上1格,從題中給出的圖可知,動滑輪上面存在2段繩子,因此,滑動物體這一繩子的自由端向上移動的格數即為2,所以,SF=0.5h.找到這些條件之后,便可以將功和功率求出.
物理滑輪組范文2
一、教材內容分析
本節課的教學目的在于讓學生練習組裝滑輪組和學會測滑輪組的機械效率。通過測滑輪組的機械效率,加深對機械效率的理解。讓學生自己通過探究,進一步了解影響滑輪組的機械效率大小的因素,找出提高滑輪組的機械效率的方法,認識提高滑輪組的機械效率的實際意義,增強合理改進機械、提高效率的意識,增強將科學服務于人類的責任感。
這個實驗從組裝滑輪組到測出各個物理量,要進行的活動和記錄的數據都較多,它對學生的實驗操作能力、思維能力的要求都比較高,所以教師要做好充分的課前準備,并在課上充分發揮學生獨立實驗的能力。
二、教學目標(知識,技能,情感態度、價值觀)
知識與技能
1.通過實驗加深對機械效率和滑輪組的認識
2.學會測滑輪組的機械效率。
3.了解與機械效率有關的因素。
過程與方法
1.讓學生在實踐活動中進一步認識進行科學研究的方法。
2.通過參與用實驗測滑輪組機械效率的過程,培養學生的實驗能力。
3.通過對實驗數據的分析與處理,使學生進一步掌握處理實驗數據的方法。
4.培養學生從實驗中歸納簡單的科學規律的能力。
情感、態度和價值觀
1.在實驗操作過程中培養學生嚴謹的科學態度。
2.通過實驗活動,使學生認識交流與合作的重要性。
三、學習者特征分析
本節探究課是中學物理教學中較難的一節課,所以學生在做實驗時大部分不懂得怎樣做,應該做什么。所以教師可以先將實驗的過程大概地描述一遍。有些同學在操作過程中難免會出現錯誤,教師要及時地給予糾正,同學們要分工合作。
四、教學策略選擇與設計
教學策略:由淺入深,步步引導。整節課始終以學生為主體、教師為主導、實驗為主線,多媒體與黑板的應用,與傳統的教學方式形成了鮮明的對比。
教學設計:1.通過例題復習上一節的內容;使學生明確實驗目的、實驗原理、實驗器材(教師提供一些輔助器材)。2.學生思考與討論課文中的三個思考問題并針對問題制定本組的實驗計劃;然后組裝滑輪組并選擇實驗器材做測滑輪組的機械效率。3.實驗完畢,提問學生三個問題,并結合學生的實驗數據進行解說,最后使學生掌握測滑輪組的機械效率的方法。4.讓同學提出在實驗過程中的疑問并全班討論解答,同時讓同學們做二個實驗:A同一滑輪組提升不同的重物至同一高度,其機械效率是否一樣?B不同的滑輪組提升相同的重物到同一高度,其機械效率是否一樣?5.從實驗中分析怎樣提高滑輪組機械效率和總結;最后布置作業。
五、教學環境及資源準備
教學環境:教室與多媒體。
物理滑輪組范文3
一、掌握規律,輕松作圖
跟滑輪組有關的作圖題是中考最常見的題型之一,其難點是判斷和確定承擔重物繩子的段數n以及確定固定端的位置。作圖題解題應注意以下幾點:
1. 判斷滑輪組中承擔重物繩子的段數n。判斷滑輪組中承擔重物繩子的段數可以采用“分離法”,即在動滑輪與定滑輪之間用虛線分開,凡是直接與動滑輪連接的繩子就是承擔重物的繩子。如圖1a中有2段繩子與動滑輪直接相連,則n=2;圖1b有3段繩子與動滑輪直接相連,則n=3。那么,請同學們按照上述方法自己找出圖1c,圖1d,圖1e,圖1f的n各為多少?
2. 確定承擔重物繩子段數的方法有:(1)根據物重G與拉力F的關系確定:n=(如果結果是小數則進一取整)。(2)根據物體升高的距離h和自由端移動的距離s的關系確定:n=。(3)根據省力要求和拉力方向確定。例如,用2個滑輪組成最省力的滑輪組,則應按圖1b組裝。
3. 確定繩子固定端位置的規律是:奇拴動,偶拴定。仔細觀察圖1中的各滑輪組,你會發現凡是承擔重物繩子段數n為奇數的,繩子固定端必拴在動滑輪上;凡是承擔重物繩子段數n為偶數的,繩子固定端必拴在定滑輪上。
4. 滑輪組繞線規律:由內到外,拴定繞下,拴動繞上。就是繞線的順序是由內往外繞,如果繩子固定端拴在定滑輪上,繩子向下繞;如果繩子固定端拴在動滑輪上,則繩子向上繞。
例1一條繩子只能承受3×103 N的拉力,用2個定滑輪和2個動滑輪,怎樣組裝滑輪組才能把104 N的物體拉起來?(滑輪和繩子的重以及摩擦不計)
解析:1. 確定承擔重物繩子的段數。因為n===3.3,結果是小數,故進一位取整n=4。2. 根據“奇拴動,偶拴定”,繩子固定端拴在定滑輪上。3. 根據“由內到外,拴定繞下,栓動繞上”的順序繞線(應照如圖1e所示組裝)。
二、滑輪組問題的常規解法
有關滑輪組的基礎題難度不是很大,一般采用常規解法,即依據題目意思,選取相關公式代入數據求解。為了使同學們盡快熟練掌握解題方法,根據目前出現的各種與滑輪組有關的題目及題目所給條件和要求,我們把滑輪組問題分為以下幾類:理想型、考慮動滑輪重型、完全考慮型。
1. 理想型。這類題目不考慮動滑輪重、繩子重以及摩擦等,難度不大。使用這類滑輪組提起重物時,滑輪組中承擔重物的繩子有幾段,提起重物所用的力就是物重的幾分之一,計算公式為:F=。
例2如圖1a圖所示,若不考慮摩擦和動滑輪、繩子的重,當G=100 N時,拉力F=_________N。
解析:因承擔重物的繩子的段數n=2,故拉力F=G=×100 N=50 N。
2. 考慮動滑輪重型。這類題目一般只考慮動滑輪重、不考慮摩擦和繩子重,難度有所提高。計算這類題目有公式:拉力F=•(G+G),滑輪組的機械效率:η==。
例3如圖1a所示,一人用該滑輪組提起重為200 N的物體,此時人對繩子的拉力為120 N,不計繩重及摩擦。若要提起600 N的物體,求拉力F及滑輪組的機械效率。
解析:這道題隱含的條件是動滑輪的重,要解答此題必須先把它找出來。由“提起重為200 N的物體,此時人對繩子的拉力為120 N”可以求出動滑輪的重G。由F=•(G+G)得G=nF-G物=2×120 N-200 N=40 N。當提起600 N的物體時,拉力F=•(G+G)=×(600 N+40 N)=320 N,機械效率η====0.94=94%。
3. 完全考慮型。這類題目既要考慮動滑輪重、繩子重還要考慮摩擦阻力等,因此難度更大些。
例4用圖1b所示的滑輪組勻速提起600 N物體時,人手實際提供的拉力F應該是()
A. 小于200 N B. 等于200 N
C. 大于200 N D. 大于300 N
解析:本題中“人手實際提供的拉力”意味著該題必須考慮動滑輪重、繩子重以及摩擦等因素的影響。如果不考慮這些因素則拉力F=×600 N=200 N,考慮這些因素后F必定大于200 N,故選C。
例5用某滑輪組將重800 N的重物勻速提升0.5 m。已知滑輪組機械效率為80%,動滑輪總重60 N,求:
(1)拉力所做的功。
(2)在這一過程中克服摩擦所做的功。
解析:拉力所做的有用功:W =Gh=800 N×0.5 m=400 J;拉力所做的功即總功:W===500 J;拉力所做的額外功(包括提起動滑輪所做的功以及克服摩擦所做的功):W=W-W=500 J-400 J=100 J;提起動滑輪所做的功:W=Gh=60 N×0.5 m=30 J;克服摩擦所做的功:W=W-W=100 J-30 J=70 J。
三、利用“平衡法”巧解滑輪組難題
一些滑輪組題目利用常規解題方法是很困難的,特別是把滑輪組水平組裝時,拉力與物重無關了,有些同學們便覺得無從著手。利用“平衡法”,也就是當物體所受的力相互平衡時,分析物體所受的力,根據平衡力的條件求解,可以使復雜的問題簡單化。
例6已知500 N重的人站在2 500 N重的船上,如圖2所示。當他用50 N的力拉繩子時,船做勻速直線運動,則船所受阻力為()
A. 50 N B. 150 N
C. 3 000 N D. 3 100 N
解析:由于船是做勻速直線運動,故船受力平衡。在豎直方向上,人和船的重力跟所受的浮力是一對平衡力,與船所受阻力無關, 這兩個數據皆為迷惑人的無用數據。把船和人看作一個整體,它在水平方向所受的阻力和繩子對船和人的拉力是一對平衡力。拉著船的繩子有3段,每段的拉力為50 N,所以船受到的阻力為150 N,故選B。
例7如圖3所示,摩擦不計,動滑輪重30 N,重500 N的人站在重100 N的吊籃內拉繞過滑輪的繩子使吊籃勻速上升。
(1)人拉繩子的拉力多大?
(2)人對吊籃的壓力多大?
解析:由于拉自由端的人不是站在地面上,利用“承擔重物的繩子有幾段拉力就等于物重幾分之一”的常規解法已經行不通。采用“平衡法”可使問題變得簡單:把動滑輪、吊籃和人看作一個整體,他們勻速上升,表明他們受力平衡。他們的總重與繩子的拉力是一對平衡力,繩子有三段,每段拉力為F,繩子的總拉力為3F,動滑輪、人及吊籃總重:G=30 N+500 N+100 N=630 N,因為3F=G=630 N,所以人對繩子的拉力F=210 N;人對吊籃的壓力:F=G-F=500 N-210 N=290 N。
四、變換角度,一題多解
對于同一滑輪組,從不同角度分析就有不同的解答方法。這類題目可以鍛煉同學們的思維,提高同學們分析解決問題的能力。
例8如圖4所示,每個動滑輪重均為20 N,橫桿重量及摩擦不計?,F用此滑輪組勻速提起重G=760 N的物體,那么需要施加在自由端的動力F為()
A. 200 N B. 180 N
C. 190 N D. 170 N
解析:解法1:常規解法。先確定承擔物重繩子的段數n=4,根據公式:F=•(G+G)=×(40 N+760 N)=200 N,故選A。
解法2:平衡法。把動滑輪、橫桿和重物看作一個整體,分析它們受力情況。由于物體做勻速直線運動,故受力平衡。它們所受總重力G與繩子拉力F是一對平衡力,這對平衡力大小相等。F=G=G物+G=760 N+40 N=800 N,繩子有4段,每段拉力F==200 N。
總之,滑輪組是初中物理“力和機械”的重要內容。要學好這方面的知識,就必須熟悉這方面的解題技巧,掌握解題規律??偨Y如下:
1. 作圖題解題步驟:(1)確定承擔重物繩子的段數n。依據n=、n=、拉力方向或省力要求確定。(2)確定繩子固定端。規律:奇拴動,偶拴定。(3)繞線。由內到外,拴定繞下,拴動繞上。
2. 基礎題常規解法。(1)理想題,公式:F=。(2)考慮動滑輪重型,公式:拉力F=•(G+G),機械效率:η==。(3)完全考慮型,根據條件,靈活解題。
3. 對于復雜的滑輪組,常運用“平衡法”“受力分析法”求解。通常把動滑輪和重物等看作一個整體,分析受力情況,運用“平衡力”條件解題。
練一練
1. (2008•廣州)在圖5中用線代表繩子,將兩個滑輪連成省力的滑輪組,要求人用力往下拉繩使重物升起。
2. (2008•貴陽)用如圖1a所示的滑輪組將一個重8 N的物體勻速提高 2 m,所用拉力F為5 N。則此過程拉力所做的有用功是_____J,該滑輪組的機械效率是_____。
3. (2008•長沙)小明用如圖6所示的滑輪組將一個重為120 N的物體勻速提升2 m,所用的拉力為50 N,此時拉力所做的功為W,滑輪組的機械效率為η。若仍用該滑輪紐提升一個重為170 N的物體,此時滑輪組的機械效A. 240 J,80%,85%
B. 300 J,80%,85%
C. 300 J,80%,80%
D. 240 J,75%,80%
4. 如圖7所示滑輪,用它們組成滑輪組,按各自的要求,請在圖中畫出滑輪組繩子的繞法,并填寫出省力情況。(不計摩擦及繩子和滑輪的重力)
物理滑輪組范文4
關鍵詞:物理教學;平衡法;滑輪組
中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1992-7711(2013)23-0141
“使用滑輪組吊重物時,若滑輪重和繩子摩擦力不計,動滑輪被幾股繩子吊起,所用的拉力就是物重的幾分之一。”在分析滑輪受力與做功時,各部分的受力大小就容易了,為什么會有這樣的結果呢?
對于較復雜的滑輪題,其中的受力不單是一個滑輪,而是要將受力平衡綜合運用起來,同時,在分析時有關的原則沒有搞清。下面,筆者就來介紹一下有關分析的方法和原則,掌握了其中的原則,再“難”的題都會不費吹灰之力!
一、記住兩條重要原則,一切難題都可以輕松解決
1. 同一根繩子,各處的拉力大小相等
這一條是不是太簡單了,確實如此。但是,它在分析滑輪組時有著舉足輕重的作用。當我們遇到滑輪組時就要首先找出到底有幾根繩子,并確定每一根繩子上的拉力大小相等。
2. 每個滑輪靜止時受到平衡力
當滑輪靜止或勻速直線運動時受到平衡力,根據受力平衡來確定各力的大小。同一根繩子拉著的幾個滑輪(幾個滑輪連在一起),可以視為一個滑輪,滑輪上的繩子股數越多,每股承擔的拉就會越小,正所謂“人多力量大”。
如圖所示,用一輕質滑輪,吊起一個重為200N的重物G,求此時的拉力F多大?
這是一個典型的動滑輪變化,如果不加任何分析就說是物重的1/2,F=100N,這時的結果就錯了。
正確的分析應當是:拉著物體的繩子使物體靜止,所以繩子拉力就是物重200N,又因為同一根繩子各處拉力相等,所以繞在邊緣上的兩股繩子拉力都是200N,且向下;向上拉滑輪的力F一定等于400N才能使滑輪平衡。所以,此時向上的拉力F=400N。
二、運用“平衡法”分析動滑輪上的有關受力
“平衡法”是指物體處于平衡狀態時,根據受力平衡來判斷受力大小的方法,并不是新的知識。我們在研究問題時,一般都使它們處于平衡狀態,這樣可以很好地利用平衡力來分析。
運用平衡法來分析滑輪受力是較簡潔的,同時它對于我們加強受力分析又是一種很好的鍛煉,對于高中物理學習,更是一種很好的鋪墊。
例1. 如果考慮到滑輪的重力,同樣可以利用上述的方法來分析。如圖,用一滑輪吊起重為300N的物體,在不計滑輪重力時,所用拉力F=105N,求此時滑輪所受重力為多少?
利用上述方法:
1. 確定系統中繩子:此系統中有兩根繩子,一根拉在軸上,另一根繞在滑輪上,且繞在邊緣上的F拉力各處大小相同,都為105N。
2. 分析滑輪受到平衡力:滑輪處于靜止狀態,受到向上的拉力和向下的拉力和自身的重力,所有向下的力應等于所有向上的力:向上的拉力為3F=315N,向下的力F=G=300N,動滑輪自重設為G/;所以有如下關系式:3F=G+G/,代入得:315N=300N+G/,得G/=15N。
當然,在平時的計算時,還會將滑輪組平放,此時要注意:物體平衡時只要分析在水平方向上受力,豎直放置時物體受到的重力G變成了物體在水平方向上受到摩擦力f。
如圖:物體作勻速直線運動,不計滑輪重與繩子摩擦,當繩子自由端受到拉力為30N時,物體受到的摩擦力f= N。
對于滑輪組完全可以利用這種方法分析,下面就來舉幾個“難題”你來感受一下做題時的“不費吹灰之力”。
例2. 物體重400N,不計滑輪重與繩子摩擦,滑輪勻速上升時,繩子自由端的拉力為 N。
這是復合滑輪組,當勻速上升時,每個滑輪都分受到平衡力,因此,我們先要確定從哪個滑輪入手,由于滑輪2 上的物重是已知的,所以,可以先來確定滑輪2 上繩子受力,再由滑輪1來確定相關受力。
解析:1滑輪1和滑輪2 上共有兩根繩子,同一根繩子上拉力相等。2 對于滑輪2平衡時,向上有兩段繩子拉著,向下有重400N的物體拉著,所以,滑輪2 上每段繩子的拉力為200N;對于滑輪1平衡時,受到向上兩段繩子的拉力2F,向下受到滑輪2上繩子200N的拉力,因此,滑輪1向上繩子的拉力為100N。
如果考慮到滑輪的重力,你可以試著去分析:若每個滑輪重為10N,則繩子自由端拉力為 N。
例3. 如圖,站在平臺上的人使平臺保持靜止,設平臺重120N, 滑輪和繩重不計,人重為600N,則人拉繩子的力為 N。
分析方法:1.滑輪1、2上分別繞有一根繩子,且同一根繩子上的拉力大小相同。
2. 不計滑輪的重力,對于滑輪2,設人的拉力為F,則拉著滑輪2右側的繩子拉力也為F;滑輪2受到向上的拉力為2F,對于繞在滑輪1上的繩子向下的拉力都為2F。
3. 最后,整個平臺和人都靜止,可以將平臺和人視為一個整體,所以平臺和人應受平衡力,向下的力有:人和平臺的重力600N+120N=720N;向上的力有:F+F+2F=4F,所以有:720N=4F,F=180N。
例4. 如圖,滑輪重和摩擦力不計,吊在滑輪B上的繩子一端的物體重G1=20N,整個裝置處于平衡狀態,此時吊在滑輪A與繞過B的繩子的另一端的物體G2重多少牛?
分析:1. 系統中分別有:繞在滑輪A、C上的一根繩子,繞在滑輪B上的一根繩子,并且同一根繩子上拉力相等。
2. 在滑輪組中G1=20N,繞在滑輪B上的一根繩子拉力都為20N,向上的拉力為40N;繞在滑輪A、C上的這根繩子各處拉力相等,大小為40N;對于滑輪A,向上有2 段繩子拉著,向下的拉力當然為80N;物體G2靜止時,受到向上的兩段繩子拉力分別為:20N,80N,向下的只有物體G2的重力,所以G2=20N+80N=100N。
在上述題目中如果考慮滑輪重,可以用同樣的方法來分析。假設每個滑輪重10N,則繞在滑輪B上的這根繩子拉力都為20N,再加上滑輪B重10N,所以滑輪B向上的拉力應為50N;繞在滑輪A、C上的這根繩子的拉力都為50N,對于滑輪A,向上兩段繩子總拉力為100N,滑輪A重為10N,所以,向下的拉力為100N-10N=90N;對于物體G2,向上的總拉力為:20N+90N=110N,所以物體G2重為110N。
物理滑輪組范文5
①、定滑輪:L1 = L2 等臂杠桿,不省力但可以改變力的方向;
②、動滑輪:L1 = 2L2 省一半力,但費距離;
③、滑輪組:有n股繩子承擔物重和動滑輪,則F=1/n(G物-G動)、S=nh,滑輪組不但可以省力,而且可以改變力的方向。
學生一般都能夠記住這方面的知識,但是在理解和應用知識解決問題時還是存在一段距離,下面利用幾個例子解析滑輪知識點的應用。
例1如圖所示,利用定滑輪、動滑輪及滑輪組勻速向上提升重物,已知作用在繩子自由端的拉力F甲=F乙=F丙=50N。則:
(1)、不計動滑輪重和繩與滑輪之間摩擦時,提升的物重分別是:G甲= N;G乙= N;G丙= N。
(2)、動滑輪重3N,不計繩與滑輪之間摩擦時,提升的物重分別是:G甲=N;G乙= N;G丙= N。
(3)、當物體被提升2m時,繩子自由端移動的距離分別是:S甲= m;S乙=m;S丙= m。
(4)、如果物體被提升的速度都是0.2m/s時,繩子自由端移動的速度分別是:v甲=m/s; v乙=m/s; v丙= m/s;
解析(1)直接利用定滑輪、動滑輪和滑輪組的省力情況解決問題;(2)必須考慮動滑輪的重量;(3)考慮物重與繩子自由端移動距離的關系s=vt解決問題;(4)物重與繩子同時移動,時間一樣都是t,利用s=nh和s=vt得出結果。這道題比較直觀,直接利用滑輪知識點就可以作出判斷。
答案(1)50N;100N;150N
(2) 50N; 97N;147N
(3) 2m;4m;6m
(4) 0.2m/s; 0.4m/s; 0.6m/s
例2如圖所示,物體重400牛頓,在水平拉力F=80牛頓作用下,物體勻速前進0.4米,這時物體受到的摩擦力大小為牛頓,滑輪移動了米。
解析這道題首先要判斷滑輪是定滑輪還是動滑輪,同時還涉及到二力平衡問題,此題看似復雜,其實只要把上圖轉動900角觀察就一目了然。它其實就是一個簡單的動滑輪。
答案f= F/2 = 40N; h = s/2 = 0.2m
例3王小靈用如何所示的滑輪組提升重1200牛的物體A,若他用500牛的拉力在10秒內將物體A勻速提高了1米,請你計算出除物體及繩端運動速度,繩端移動距離之外,與這個滑輪組做功過程有關的任意四個物理量,并把計算過程及結果填入下表。
解析這是一道開放性題目,它把滑輪知識點與功、功率及機械效率等知識聯系起來,考查學生對知識的理解和綜合利用能力。以下答案可供參考:
物理滑輪組范文6
一、給學生理清拉力F與物重G物、繩自由段移動距離s與物體上升距離h之間的關系
學生對這兩種關系的理解直接影響學生對“三功”的準確計算。
1.F與物重G物的關系:F=(G物+G動)/n;條件:豎直方向上不計繩重和摩擦
很多學生只記公式而忽視此關系式成立的條件,如果不符合以上條件可能就有兩種情況:
a.豎直方向上考慮了繩重和摩擦,則F>(G物+G動)/n;
b.如果是水平方向上拉動,拉力與重力就沒直接關系了。
2.繩自由段移動距離s與物體上升距離h之間的關系:s=nh,此等式成立是沒有條件的,即無論有無摩擦都成立。
由此延伸出的公式:v繩=nv物,此等式成立是沒有條件的,即無論有無摩擦都成立。
二、“三功”概念的教學要準確到位,能掌握基本的求功方法
1.有用功(W有)
從做功角度看,如果某力所做的,功達到我們使用機械的目的,則此功就為有用功;從能量角度看,是系統對外界輸出有價值的能量。
幾種常見的情形:
a.豎直方向上提升重物:W有=Gh
b.水平方向上拉動物體:W有=fh
c.W有=W總-W額
d.W有=W總?η
很多學生在遇到水平方向上拉動物體時也死記公式W有=Gh,所以有用功不一定就是Gh。
2.額外功(W額)
從做功角度看,如果某力所做的功完全達不到我們使用機械的目的,而此功又不得不做,則此功就為額外功;額外功和有用功同時產生的;從能量角度看,是系統對外界輸出無價值的能量。
額外功產生的原因:
a.豎直方向上提升重物:克服動滑輪自重、繩重、繩與滑輪之間的摩擦所做的功。
b.水平方向上拉動物體:克服繩與滑輪之間的摩擦。
幾種常見的情形:
a.W額=G動(不計繩重和摩擦);
b.W額=W總-W有(有時候摩擦力未知的情況,多采用此方法);
c.W有=W總?(1-η)
3.總功(W額)
總功就是有用功與額外功之和。
幾種常見的方法:
a.W總=W有+W額;
b.W總=Fs。
三、明晰影響滑輪組機械效率的因素
1.在豎直方向上提升重物
η=W有/W總=Gh/FS=Gh/Fnh=Gh/nF
a.如果存在摩擦力,則減小摩擦、減小動滑輪自重都可以提高機械效率;
b.若不計摩擦,則公式可以變為η=W有/W總=Gh/Fs=Gh/(Gh+G動h)=G/(G+G動),則可以增加物重或減小動滑輪自重可以提高機械效率。
2.在水平方向上拉動物體
在水平方向上拉動物體時,有用功是克服物體與地面之間的摩擦力所做的功;額外功是克服繩與滑輪之間摩擦所做的功,與動滑輪自重、物重沒多大關系,所以減小繩與滑輪之間摩擦可以提高滑輪組的機械效率。
計算公式:η=W有/W總=fh/Fs=fh/Fnh=f/nF
綜上所述,提高滑輪組的機械效率的方法有:
(1)減小額外功可以提高機械效率。減小額外功可以減小動滑輪自重、減輕繩重、減小繩與滑輪之間的摩擦。
(2)在額外功不變的情況下,增大有用功。增大有用功可以增加物重、增大物塊與地面之間摩擦所做的功。
三、實驗的一個注意點,教師需理解清楚
在“測定滑輪組機械效率”的實驗中,只要同一物體被提升的高度h相同,那么有用功就都為Gh,勻速拉動彈簧測力計和加速拉動彈簧測力計的區別在于彈簧測力計做的總功不同,那么勻速拉動和加速拉動的機械效率就不同,為什么非要測定在勻速拉動彈簧測力計下滑輪組的機械效率呢?這個一直困擾著學生也困擾著老師。
1.問題的分析
我們先從人們設定機械效率這個概念的目的談起,機械效率是描述機械使用性能的一個物理量,即使用時有用(達到目的需要)的功占使用機械總共做功的百分比。在有用功一定的情況下,機械的機械效率越大,機械使用時需做的額外功越少。任何人在使用機械時都希望使用機械效率大的機械,這也是人們選購機械的一個重要參考量。所以我們肯定要測出這個機械的最大的機械效率。在測定時,若做加速運動,根據公式W總=Fs,拉力需做總功必然變大,而在提升相同高度的情況下,有用功不變,機械效率會變小,所以說勻速拉動測得的機械效率最大。我想,另外一個重要原因就是從操作層面上來說的,當勻速拉動時比加速拉動時彈簧測力計的示數會更加穩定,易于讀數。
2.實驗的建議
在“測定滑輪組機械效率”時對于彈簧測力計使用應遵循“勻速、豎直、緩慢”的原則。
綜上所述,我們在教學中應該更重視概念的生成,關注公式的適用條件,注重實驗的教學,讓學生在實驗中提升動手能力,在思考中提升分析的能力,無論以后遇到什么樣題型能以不變應萬變。希望筆者的這一點點見解可以對同行的教學有一點幫助。
參考文獻: