初中物理中考典型題-簡單機(jī)械學(xué)霸級難題詳解

1、某興趣小組用如圖甲所示的滑輪組（物體與動滑輪用繩子a連接）勻速拉動放在同一水平面上的不同物體，物體受到的摩擦力從200N開始逐漸增加，直到組裝滑輪組的繩子b被拉斷，每次物體拉動的距離均為2m。通過實(shí)驗(yàn)繪出了該滑輪組機(jī)械效率隨物體受到摩擦力大小變化的關(guān)系圖像如圖乙。（不計(jì)繩重和繩與滑輪間的摩擦）求： （1）動滑輪重力（2）當(dāng)滑輪組的機(jī)械效率為80%，物體以0.2m/s的速度勻速運(yùn)動時(shí)，該滑輪組的有用功率（3）一個(gè)重500N的同學(xué)利用該滑輪組，想獨(dú)自用豎直向下的力拉斷繩子b，請你通過計(jì)算分析他能否實(shí)現(xiàn)?！究键c(diǎn)】滑輪組的特點(diǎn)、機(jī)械效率、功率、受力分析等【思路】通過題目的描述不難發(fā)現(xiàn)，作為滑輪組分析，這個(gè)題目最特別的地方就是滑輪組不是在提升物體，而是拖著它在地面移動，咦~這要怎么變通呢？嗯——，那我們是不是需要分析下滑輪組下端繩子上的力呀？對呀，繩子上的力才是滑輪組在提升過程中要克服的，在這個(gè)題目中就不再是物體的重力了，那又是什么呢？物體在地面上被拉動，那拉動的過程要克服的就是物體受到的摩擦力，由此，可以對應(yīng)到滑輪組，滑輪組向上提升時(shí)，克服的就是物體受到的摩擦力。這一點(diǎn)想清楚了，這個(gè)滑輪組的題目和我們平時(shí)做的是不是思路就一樣了？嗯吶！那讓我們來看下題目中的要求吧。第一小題，讓我們計(jì)算的是動滑輪重力，提到動滑輪重力，我們知道它是影響滑輪組機(jī)械效率的關(guān)鍵。那我們就從滑輪組的機(jī)械效率入手來解決它。有關(guān)滑輪組效率，在乙圖中，我們可以發(fā)現(xiàn)一組準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，那就是當(dāng)摩擦力是200N時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率是50%，結(jié)合本題，我們可以寫出：﹪，就可以解出動滑輪重力了，OK,第一小題解決！第二小題，借助第一小題解出的動滑輪重力，加上已知的機(jī)械效率80%，很容易求得此時(shí)的摩擦力，還用第一小題的式子就可以，看出來沒？嗯，接下來就該計(jì)算滑輪組的有用功率了。有用功率自然對應(yīng)有用功，那有用功在本題里就是克服摩擦力做的功了。也就是說，有用功率就是克服摩擦力做功的功率。摩擦力大小知道了，速度題目中已經(jīng)給出，由功率的公式P=Fv直接計(jì)算就好了。第三小題的問題有點(diǎn)特別，這是有人要逞英雄的節(jié)奏啊~嘻嘻……讓我們來驗(yàn)證下吧。首先要想想看，這個(gè)重500N的同學(xué)豎直向下拉繩子，最大能用多大的力呢？他最大能拉多大的力，好像不好想啊~他要是個(gè)大力士，沒準(zhǔn)兒可以拉到N大的力哦！一下不就拉斷了嗎？哦~，是嗎？我不信?？刹皇抢蠋熜∏扑?，我們對這位同學(xué)做下受力分析就明白了。他向下拉繩子的時(shí)候，受幾個(gè)力呢？嗯，豎著向下的重力，地面給他豎直向上的支持力，還有繩子給他豎直向上的拉力。那就是說F拉=G-F支，等等，是不是F拉最大也大不過他的重力。嗯對了，等于重力就已經(jīng)被吊起來了，哈哈……那就是說F拉最大就是500N。繩子被拉斷需要的力是多大呢？我們可以從乙圖中找到，繩子被拉斷時(shí)物體與地面間的摩擦力為1600N，根據(jù)繩b承受的最大拉力，計(jì)算出來和同學(xué)的最大拉力比較下就可以知道繩子能不能被拉斷啦?！痉治觥浚?）由圖象知，當(dāng)物體與地面間摩擦力為200N時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率為50%，根據(jù)機(jī)械效率變形公式得到動滑輪重力；（2）已知滑輪組的機(jī)械效率和動滑輪重，可以得到物體受到的摩擦力；已知物體受到的摩擦力和運(yùn)動速度，利用公式P=Fv得到有用功率；（3）由圖象知繩子b被拉斷時(shí)，物體與地面間的摩擦力為1600N，計(jì)算此時(shí)繩子受到的拉力，與中學(xué)生體重比較，即可得出結(jié)論。【解答】（1）由圖乙可知，當(dāng)f1=200N時(shí)，﹪W有用1=fs由于不計(jì)繩重及繩與滑輪間的摩擦W額外=G動s∴W總1=fs+G動s∵∴﹪∴G動=200N（2）當(dāng)﹪時(shí)，∴f2=800N∵∴（3）由圖乙可知，當(dāng)f3=1600N時(shí)，繩子剛好被拉斷，由于不計(jì)繩重及繩與滑輪間的摩擦，且物體做勻速直線運(yùn)動∴繩b承受的最大拉力∴因?yàn)槿说闹亓?00N，豎直勻速拉動，所以繩子對人的最大拉力為人的重力，根據(jù)力的作用是相互的，故人給繩子的最大拉力為500N，由于繩子b承受的最大拉力大于人給繩子的最大拉力，所以該同學(xué)不能拉斷繩子b。【點(diǎn)評】此題是一道力學(xué)綜合題，考查了滑輪組的特點(diǎn)、功率、機(jī)械效率的變化，考查角度新穎，是一道創(chuàng)新題．2、建筑工人使用如圖28所示裝置，將質(zhì)量分布均勻的長方體水泥板M吊起后放入水中。工人通過控制電動機(jī)A、電動機(jī)B，始終保持水泥板M所受拉力豎直向上。當(dāng)電動機(jī)A對繩的拉力為零時(shí)，電動機(jī)A對地面的壓強(qiáng)為p0；當(dāng)水泥板M一端被豎直滑輪組拉起，另一端仍停在地面上，且水泥板M與水平地面成某角度時(shí)，電動機(jī)A對地面的壓強(qiáng)為p1；當(dāng)水泥板M被豎直滑輪組拉離地面時(shí)，電動機(jī)A對地面的壓強(qiáng)為p2；當(dāng)將水泥板M被懸掛著浸沒在水中時(shí)，電動機(jī)A對地面的壓強(qiáng)為p3。已知：水泥板M的體積VM為0.1m3，==5250Pa，==10250Pa，==5250Pa，不計(jì)繩重和軸摩擦。（g取10N/kg）求：（1）豎直滑輪組中動滑輪的總重力G動；（2）水泥板M所受重力GM；（3）豎直滑輪組提拉水泥板M將其立起的過程中機(jī)械效率η。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）4F3=G動+T3----------⑧F3=GA-N3=N0-N3=S△p3----------⑨水泥板M浸沒在水中時(shí)所受浮力F浮=ρ水gVM=1×103kg/m3×0.1m3×10N/kg=1×103N，由⑥式-⑨式：F2-F3=S（△p2-△p3），⑤式-⑧式：4（F2-F3）=T2-T3，④式-⑦式，T2-T3=F浮，解得：4S（△p2-△p3）=F浮，4S×（10250Pa-5250Pa）=1×103N∴S=0.05m2，F(xiàn)1=S△p1=0.05m2×5250Pa=N，F(xiàn)2=S△p2=0.05m2×10250Pa=N，F(xiàn)3=S△p3=0.05m2×5250Pa=N，由①②得：4F1=G動+，4×N=G動+，2100N=2G動+GM，------（10）由④⑤得：4F2=G動+GM，4×N=G動+GM，2050N=G動+GM，---------（11）（10）式-（11）式得：G動=50N，（2）GM=4F2-G動=2050N-50N=2000N，（3）T1===1000N；η====≈95%