（九上）第20课 简单机械-滑轮与斜面（原卷版）（导学案1）

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第20课  简单机械-滑轮与斜面

课程标准	学习目标
滑轮的受力分析 简单机械的效率 斜面受力与效率分析	掌握滑轮的受力分析方式 理清滑轮与滑轮组的效率计算 熟练掌握斜面的受力分析和效率

观察下列装置判断做功与受力分析



             起重机                                        盘山公路

   

              轮轴轱辘                                          滑轮组

一.滑轮
1.滑轮的定义：滑轮是一种周边有槽、可以绕着中心轴转动的轮子。
2.滑轮的实质：类似于一个变形的杠杆，受力可根据杠杆平衡原理分析。
2.滑轮的分类：
（1）定滑轮：轴固定不动


①特点：类似于一个等臂杠杆，不省力，不费距离，可改变力的方向
②应用：旗杆顶部滑轮，用来改变力的方向的装置

• 动滑轮：轴随着物理一起运动
  

①特点：类似于一个省力杠杆，动力臂为阻力臂的二倍，省一半的力，费二倍距离
②应用：各种省力装置的滑轮
【注意】

• 对于滑轮的受力分析最好使用受力平衡，一直动滑轮定滑轮有时会影响判断
  

• 并非不动的一定是定滑轮，如人在船上通过滑轮拉船
  

二.滑轮组


1.滑轮组的定义：由若干个定滑轮和若干个动滑轮组合成滑轮组；同时具备定滑轮和动滑轮的特点。
2.依据受力平衡可得：使用滑轮组时，重物和动滑轮的总重由几股绳子承担，提起重物所用的力就是总重的几分之一；即F=1/n (G物+G动) 。
3.特点：既能改变力的大小，又能改变力的方向
4.如有n股绳与下端滑轮连接则（nF=G物+G动）绳端移动速度为滑轮移动速度的n倍
5.横向的滑轮依据受力平衡进行分析，运动的速度大小可依据滑轮组分析


三.机械效率
1.相关物理量的意义：
(1)有用功:人们提升重物过程中必须做的功，用w有用表示。
(2)额外功:利用机械时，人们不得不额外做的功，用W额外表示。
(3)总功:人的拉力(动力)对动滑轮(机械)所做的功，用W总表示，W总=W有用+W额外
2.机械效率：
（2）增大效率的方法：
①有用功不变，减小无用功②无用功不变，增大有用功③减小无用功，增大有用功
3.滑轮组的机械效率：η＝Gh/FS   =   G物/（G物+G动）


四.斜面
1.斜面定义：与水平面成倾斜的光滑平面，称为斜面
2.斜面本质：增大了做功的距离，从而起到了省力的作用
3.假设光滑无摩擦的斜面：（W总=FS=Gh）
（1）斜面长是斜面高的几倍，推力就是物重的几分之几。


（2）要使物体升高相同的高度，斜面越长越省力。


4.有摩擦力的斜面（机械能守恒）：（W总 = FS = Gh + fL ）



5.常见的斜面：盘山公路，螺丝的螺纹，倾斜的轨道
五.轮轴
1.轮轴定义：由（外围的）轮和（中间的）轴组成的能绕轴心转动的简单机械。
2.轮轴本质：可理解为一种变形杠杆，受力在两侧边缘，距轴心远更省力


3.生活中常见的轮轴




一、选择题
1．如图所示，用三种方法拉动同一物体以相等速度v匀速上升相同的高度h。拉力<Object: word/embeddings/oleObject1.bin>、<Object: word/embeddings/oleObject2.bin>、<Object: word/embeddings/oleObject3.bin>的功率分别是<Object: word/embeddings/oleObject4.bin>、<Object: word/embeddings/oleObject5.bin>、<Object: word/embeddings/oleObject6.bin>。不计滑轮与线及滑轮与转轴之间的摩擦，不计滑轮、绳的重量。则下列功率大小判定正确的是（　　）

  
A．<Object: word/embeddings/oleObject7.bin>        B．<Object: word/embeddings/oleObject8.bin>        C．<Object: word/embeddings/oleObject9.bin>        D．<Object: word/embeddings/oleObject10.bin>
2．小金用如图所示装置和相关的实验仪器探究斜面机械效率的影响因素，斜面长为L，高为h，他用沿斜面向上的拉力F把重为G的物体从斜面底端匀速拉到顶端。下列说法错误的是（　　）  


A．改变h即可研究斜面倾斜程度对斜面机械效率的影响
B．该过程中克服斜面摩擦力做的功属于额外功
C．该斜面的机械效率为<Object: word/embeddings/oleObject11.bin>
D．若物体没有被拉到斜面顶端，则无法测出斜面的机械效率
3．杭州地铁建设正紧锣密鼓进行着，图甲所示为地铁建设中正在工作的起重机，此时物体匀速上升，其滑轮部分结构示意图如图乙所示。所有装置的重力及摩擦力均不计，则以下说法正确的是（　　）


A．图中定滑轮的作用是省力                        B．使用滑轮组提升物体可以省功
C．此时a点所在绳子的拉力等于物重的三分之一  D．a点所在的绳子移动的速度是物体上升速度的三倍
4．小金用如图所示装置和相关的实验仪器探究斜面机械效率的影响因素，斜面长为L，高为h，他用沿斜面向上的拉力F把重为G的物体从斜面底端匀速拉到顶端。下列说法错误的是（　　）


A．改变h即可研究斜面倾斜程度对斜面机械效率的影响
B．该过程中克服斜面摩擦力做的功属于额外功
C．该斜面的机械效率为<Object: word/embeddings/oleObject12.bin>
D．若物体没有被拉到斜面顶端，则无法测出斜面的机械效率
5．如图甲所示，用一个动滑轮匀速提升重为600N的物体，在卷扬机拉力F的作用下，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图乙所示。已知动滑轮受到的重力为20N，不计绳重和轮与轴间的摩擦。下列说法正确的是（　　）


A．以动滑轮为参照物，物体是向上运动的        B．物体上升的速度是20 m/s
C．卷扬机拉力F的功率是62W        D．机械效率为90.67%
6．工人要把货物搬到汽车上，如图所示，用400牛的拉力，将重为500牛的物体，在5秒内匀速拉上1米高的车内，木板长为2米。则下列说法正确的是（　　）


A．拉力做的有用功为400焦        B．拉力做的总功为1000焦
C．拉力做的额外功为200焦        D．斜面对物体的摩擦力为150牛
7．旗杆顶端装有定滑轮，升旗时旗手向下拉绳子，国旗冉冉升起。下列说法正确的是（　　）
A．旗手对绳的拉力一定等于国旗重力
B．旗手对绳的拉力等于国旗重力的一半
C．国旗上升的距离等于被旗手拉下的绳端移动距离
D．国旗上升的距离等于被旗手拉下的绳端移动距离的一半
8．如图所示，有一个斜面长s为1.2m、高h为0.3m，现将一个重为16N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端，若拉力F为5N，则（　　）  


A．物体沿斜面匀速上升时动能转化为重力势能         B．拉物体的速度越快，斜面的机械效率越高
C．该斜面的机械效率是90%                      D．斜面上物体受到的摩擦力为1N
9．物体A在大小为2N的水平拉力F的作用下，以0.2米/秒的速度在水平面上做匀速直线运动，如图所示。若不计滑轮、弹簧测力计和绳的自重及滑轮与绳之间的摩擦，则下列说法中正确的是（　　）  


A．此滑轮是定滑轮        B．拉力F做功的功率为0.4瓦
C．使用此滑轮可以改变力的方向        D．物体A受到地面的摩擦力是4N
10．如图所示，小明探究滑轮组的机械效率，动滑轮重1N。用3N的拉力F通过该滑轮组匀速拉起重4N的物体，物体沿竖直方向上升0.2m，此过程中，额外功和机械效率分别是（　　）


A．0.2J；83.3%        B．0.2J；80%        C．0.4J；80%        D．0.4J；66.7%
11．图中物体A的重力为G，在拉力F的作用下，物体沿水平桌面做匀速直线运动，已知物体受到的摩擦力为f，则人对绳的拉力F的大小等于（　　）


A．0.5G        B．2G        C．0.5f        D．2f
12．如图所示，用20N的拉力向上拉动绳子，使重为50N的物体5s内匀速升高5m，绳重和摩擦不可忽略。则下列说法不正确的是（　　）


A．绳子自由端拉动的距离为15m        B．动滑轮重为10N
C．物体上升的速度为1m/s        D．绳子自由端拉力的功率为60W
二、填空题
13．小江用图所示滑轮组，在拉力F的作用下，使A、B物体一起向左匀速前进0.2m，若小江做功0.5J，则物体B与地面的摩擦力为N；已知A物体的重力为5N，则A、B物体一起向左匀速运动的过程中，A物体重力做功为J。（绳重及绳与滑轮摩擦不计）


14．（1）如图1所示，甲物体重3N，乙物体重10N，用绳绕过定滑轮相连（不计绳重与摩擦）。乙静止于水平地面上，则a绳对甲的拉力为N。
（2）在分析b绳对乙的拉力时，小明认为是3N，小慧认为是7N。小明做了以下实验：用弹簧测力计测出某物体的重力（如图2）；然后将绳子靠着定滑轮（不计绳重与摩擦），如图3所示，弹簧测力计依次放在A、B、C、D位置时，其示数保持不变。由此可见，定滑轮的特点是。


15．有AB和AC两个高度相等，长度不等的斜面，两者粗糙程度完全相同。现将同一物体分别沿斜面AB和AC由底端匀速拉至顶端，此过程中，物体受到的摩擦力fBfC（选填“=”“＜”或“>”下同）；斜面的机械效率ηBηC。


16．如图所示，A与C叠放在水平桌面上，在B的重力作用下恰好能向右匀速直线运动。若在A上加一个160N水平向左的拉力F（图中未画出），恰好能使B以0.6米/秒的速度匀速上升（不计滑轮与绳间摩擦、不计绳重及滑轮重），则B的重力为N，此时C受到的摩擦力为N，拉力F的功率为W。


三、探究题
17．在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某实验小组用如图所示的同一滑轮组提升不同的钩码，分别做了三次实验，实验数据记录在下表中。

实验次数	钩码所受重力G/N	提升高度h/m	拉力F/N	绳端移动的距离s/m	机械效率η
1	2	0.1	1.0	0.3	66.7%
2	4	0.1	1.7	0.3	78.4%
3	6	0.1	2.4	0.3

（1）在实验过程中，应沿竖直方向拉动弹簧测力计。
（2）在第3次测量中，机械效率为。
（3）分析表中数据可得出：同一滑轮组，提升钩码越重，机械效率越（填“高”或“低”）。
18.如图所示，用滑轮组提升重200N的物体时，在10s内绳子自由端被匀速拉下6m。已知拉绳子的力F为120N，求：
（1）在此过程中滑轮组所做的有用功。
（2）拉力F的功率。
（3）该滑轮组的机械效率。


四、简答题
19．如图所示，是一辆汽车通过滑轮组将深井中的物体拉至井口的装置图。已知井深12m，物体重G=6×103N，汽车重G车=3×104N，汽车匀速拉绳子时的拉力F=2.2×103N，汽车受到的阻力为车重的0.1倍。求：
（1）将物体从井底拉至井口的过程中，汽车拉绳子的拉力做了多少功？
（2）滑轮组的机械效率为多少？（保留一位小数）
（3）若汽车运动的速度为3m/s，求汽车牵引力的功率为多大？


20．如图所示，物体A的质量m=10千克，在30N拉力的作用下，物体A以0.4米/秒的速度在水平面上沿直线匀速运动了10s，弹簧秤示数为12牛，滑轮与绳子间的摩擦不可忽略，不计滑轮弹簧秤及绳子所受的重力，并且绳子足够长，求：
（1）物体A与水平面间摩擦力f的大小；
（2）拉力F经过的距离s；
（3）物体运动10s的过程中，额外功的大小。