滑轮组机械效率计算中的问题
在滑轮组机械效率计算的学习中,多数同学存在下列两个问题:
(一)有用功、额外功的概念含糊不清
由于课本中的例题、习题及课外练习题,大都以滑轮组匀速提升重物来计算机械效率,因而许多同学不加思索,以为克服重力所做的功Gh就是有用功,一但题型变化,便束手无策。
有用功:是为了某种目的需要,无论采取哪种方法都必须做的功。
额外功:是并非需要,但不得不做的功。
因此,在确定有用功、额外功(或总功)时,要看是哪种目的,不能盲目照仿。
例1. 如图1所示,用一滑轮组拉着重的汽车沿水平方向匀速移动,汽车所受阻力是车重的0.03倍,绳自由端的拉力为1000N,当汽车前进1m时,求:
图1
(1)滑轮组的机械效率;
(2)额外功的大小。
解析:(1)目的:是拉汽车匀速前进。无论采用什么方法,都必须克服汽车阻力做功,因而克服汽车阻力做的功是有用功。
F拉绳的自由端做的功,是采用机械(滑轮组)时所做的功,是总功
(2)
这个功是克服滑轮摩擦所做的功,不需要,但只要采用滑轮组,就不得不做的功。
(二)误以为同一滑轮组的机械效率不变
用同一滑轮拉不同的物体,由于有用功和总功的比例不同,因而机械效率就不同。
例2. 用如图2所示的滑轮组匀速提升重120N的重物,绳自由端的拉力F为50N(绳重不计,滑轮间摩擦不计)。
求:(1)滑轮组机械效率;
(2)若用此滑轮组匀速提升270N的重物时,绳自由端的拉力应为多大?
解析:(1)目的:提升重物,设重物匀速升高hm,则有用功为。
图2 (2)错解:
由
即:
认为机械效率不变的原因,仍是没有弄清哪是有用功,哪是额外功。
目的:提升270N的重物。
本例中由于滑轮的摩擦、绳重不计,额外功只有克服滑轮重所做的功,前后两次提升重物不同,有用功不同,但额外功相同,因而总功不同。
(2)正解1:
当用此滑轮组提升的重物时,三段绳承担的总重为。
所以绳自由端拉力(2)正解2:
当用此滑轮组提升的重物时
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