第12章机械的效率__思考题及练习题解答
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机械效率同步练习一.选择题(共12小题)1.关于机械效率,下列说法中正确的是()A.做功越多机械效率越高B.实际生产中,使用机械比不使用机械做功的效率高C.有用功与总功的比值越大,机械效率高D.使用机械做功时,如不考虑机械本身重力及所引起的摩擦,那么,机械的效率可以高于100%2.小红用滑轮组将重力为1.5N的物体匀速提升10cm的过程中,绳子拉力为1.0N,绳子自由端移动的距离为30cm,则滑轮组的机械效率为()A.50%B.60%C.70%D.80%3.某工人用如图所示的滑轮组提起重1200N的货物,所用的拉力是500N,绳子自由端被拉下3m,下列说法正确的是()A.动滑轮重一定是300N,机械效率是80%B.有用功是1200J,机械效率是80%C.有用功是1200J,机械效率是60%D.有用功是3600J,总功是4500J4.如图所示,在研究“使用动滑轮是否省功”的实验中,用甲、乙两种不同的方式将同样的钩码缓慢地提升相同的高度,下列说法正确的是:()A.甲种方法更省力B.乙种方法更省功C.两种方法做的有用功相等D.两种方法的机械效率相等5.小蒙用如图所示甲、乙两种方式使重400N的物体在相同时间内匀速提升了5m,不计摩擦和绳重,则下列判断正确的是()A.使用图乙拉力F一定小于400NB.两种方式有用功W均为2000JC.两种方式拉力F的功率相同D.使用图乙可以提高机械效率6.人民网武汉2019年4月28日电4月25日~26日,由中共随州市委宣传部、随州市网信办举办的“庆祝新中国成立70周年•感受随州看发展媒体行”,采访团先后深入该市随县万福店农场凤凰山村、云峰山万亩茶园、琵琶湖风景区、广水观音村、武胜关桃源村、印台山文化生态园等地看变化,体会人民群众美好生活。
美丽乡村焕发新活力,工人用如图所示的装置运送砂石,正在进行房屋装修,下列说法正确的是()(g取10N/kg)A.滑轮组中的定滑轮能改变拉力的大小B.图中动滑轮相当于一个省距离的杠杆C.绳子自由端下拉1m,桶上升2mD.工人利用该滑轮组能提起150kg 的砂石,所用拉力是1000N,则机械效率是75% 7.如图所示,在拉力F作用下,一个重600N的物体以0.1m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动了10s,已知滑轮组的机械效率为80%,在此过程中拉力F做了150J的功,则下列说法中正确的是()A.拉力F的大小为150NB.拉力F的大小为75NC.物体与地面间的滑动摩擦力为120ND.物体与地面间的滑动摩擦力为480N8.如图所示,用F1的力将物体B匀速提升h,F1做功为300J,若借助滑轮组用F2的力把物体B匀速提升相同高度,F2做功为500J.下列说法正确的是()A.滑轮组的机械效率为60%B.F2做功的功率比F1做功的功率大C.使用滑轮组过程中,绳子移动距离是物体的上升高度的两倍D.两个过程物体B都匀速运动,机械能不变9.如图所示,工人用滑轮或滑轮组提升重物,每只滑轮质量均相同,若把同一货物匀速提升相同的高度(不计绳子与滑轮间的摩擦),下列说法正确的是()①使用D滑轮组最省力①其中机械效率最高的是使用B滑轮①其中机械效率最高的是使用C滑轮组①使用A滑轮与使用D滑轮组一样省力A.只有①①正确B.只有①①正确C.只有①①①正确D.只有①①①正确10.用动滑轮和杠杆,把同一个钩码分别提升相同的高度,以下判断一定正确的是()A .两个测力计的示数相同B.两套机械做的有用功相等C.测力计的拉力做的总功相等D.两套机械的机械效率相等11.救援车工作原理如图所示,当车载电机对钢绳施加的拉力F大小为2.5×103N时,小车A恰能匀速缓慢地沿斜面上升。
12.3机械效率课后练习一、单选题1.关于功率和机械效率,下列说法中正确的是()A. 功率越大,做功越多B. 功率越大,做功越快C. 机械效率有可能大于1D. 有用功多的机械效率高2.某同学用滑轮组提升物体,绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示,物体上升的高度随时间变化的关系如图中图线b所示。
已知物体的质量为450g,所用动滑轮的质量为50g,绳子自由端的拉力F为3.2N.g取10N/kg。
在0~2s的过程中,下列说法中正确的是()A. 物体上升的速度为0.1m/sB. 机械提升动滑轮做的功0.2JC. 滑轮组的机械效率为90%D. 拉力F的功率为0.64W3.如图,斜面高2m、长4m,小明用平行于斜面的拉力F,将重300N的物体从斜面底端匀速拉到顶端,已知拉力F=200N,对此过程,下列计算结果中错误的是()A. 对物体做的有用功为600JB. 拉力做的总功为800JC. 物体受到的摩擦力为200ND. 斜面的机械效率为75%4.当两台机器正常工作时,机械效率高的机器一定比机械效率低的机器()A. 做功快B. 做功时间短C. 做的有用功多D. 做的有用功在总功里占的比例大5.小明利用如图所示的滑轮组将重为3N的物体匀速提高0.5m,已知绳子自由端的拉力F为2N,则绳端移动的距离s及提起重物时滑轮组的机械效率是()A. s=1.5m η=50%B. s=1.5m η=75%C. s=1m η=75%D. s=1m η=50%6.用如图所示的滑轮组提升重物时(不计绳重及摩擦),下列做法能提高滑轮组的机械效率的有()A. 增加物体被提升的高度B. 减轻动滑轮的重力C. 改变绳子的绕法,减少承担重物的绳子的段数D. 减少物体的重力7.如图所示,用完全相同的两个滑轮组,分别将重为G1、G2的两个物体匀速提升相同的高度,若G1>G2,提升重物所做的有用功分别为W1、W2,机械效率分别为η1、η2,则下列判断正确的是()A. W1>W2、η1>η2B. W1>W2、η1=η2C. W1=W2、η1<η2D. W1=W2、η1>η28.甲吊车比乙吊车的机械效率高,当它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度时,则()A. 甲吊车的电动机做的有用功较多B. 甲吊车的电动机做的总功较多C. 乙吊车的电动机做的额外功较多D. 甲、乙两吊车的电动机做的总功相同9.山区的公路多修成环绕山坡的盘山公路,这样车辆向上行驶时可以()A. 提高功率B. 提高机械效率C. 减小所需的牵引力D. 减小所做的功10.小明用滑轮组把一箱货物从一楼提升到五楼,给滑轮组加上润滑油后,机械效率提高了,则加润滑油后工人提升同样的重物仍从一楼升到五楼时,所做的功()A. 有用功减少,总功不变B. 有用功不变,总功增加C. 有用功减少,总功减少D. 有用功不变,总功减少11.如图所示,用同一滑轮组分别将物体A 和物体B 匀速提升相同的高度,提升A 的过程滑轮组的机械效率较高,若不计绳重与摩擦的影响,则提升A 的过程中()A. 拉力较小B. 有用功较大C. 总功较小D. 额外功较小12.如图所示,使用滑轮组提升重物时,能提高机械效率的是(忽略绳重和摩擦)( )A. 改变绕绳方式B. 减小动滑轮的质量C. 减小提升重物的高度D. 减小被提升物体的质量二、填空题13.一台起重机将重3600N的货物提高4m,起重机做的有用功是________J,如果额外功是9600J,则机械效率是________%。
人教版八年级下册物理第十二章 机械效率(有答案)1 / 12人教版八年级下册物理第十二章 机械效率一、单选题1.用如图所示的装置研究滑轮组机械效率,下列说法不正确的是A .弹簧测力计要竖直向上匀速拉动B .测量机械效率的原理00=100W W η⨯有用总C .机械效率与动滑轮重力的大小有关D .提高机械效率可以通过减小钩码的重力来实现 答案:D2.如图所示,用同一滑轮组分别将物体A 和物体B 匀速提升相同的高度,与提升B 相比,提升A 的过程滑轮组的机械效率较大,若不计绳重与摩擦的影响,则提升A 的过程A .额外功较小B .额外功较大C .总功较小D .总功较大 答案:D3.如图,用大小相等的拉力F ,分别沿斜面和水平面拉木箱,拉力方向和运动方向始终一致,运动时间t ab >t cd ,运动距离s ab =s cd ,比较两种情况下拉力所做的功和功率( >A .ab 段做功较多B.ab段与cd段的功一样多C.ab段功率较大D.ab段与cd段的功率一样大答案:B4.下列有关起重机提升货物时机械效率的说法,正确的是(>A.有用功越多,机械效率越高B.同一起重机提起的货物越重,机械效率越高C.额外功越少,机械效率越高D.同一起重机提起同一货物越快,机械效率越高答案:B5.甲乙两个滑轮组如图所示,其中的每一个滑轮都相同,用它们分别将重物G1、G2提高相同的高度,不计滑轮组的摩擦,下列说法中正确的是()A.若G1= G2,拉力做的额外功相同B.若G1= G2,拉力做的总功相同C.若G1= G2,甲的机械效率大于乙的机械效率D.用甲乙其中的任何一个滑轮组提起不同的重物,机械效率不变答案:C6.如图所示,张伟同学通过斜面用平行于斜面F=200N的推力,将质量为30kg的物体在5s时间内匀速推到1m高的平台上, 斜面长s=2m。
(g取10N/kg)则A.推力的功率为40W B.推力做的总功300JC.斜面的机械效率为75﹪D.斜面对物体的摩擦力100N答案:C7.如图所示,用相同的滑轮组装的甲、乙两个滑轮组,匀速提起质量相同的物体,不计绳重及摩擦。
第十二章第3节:机械效率(一)(选择、填空、计算专题)一、选择题1.(12广州)如图所示的剪刀剪纸机械效率为80%,这表示DA.若作用在剪刀的动力是1N,则阻力是0.8NB.若作用在剪刀的阻力是1N,则动力是0.8NC.若作用在剪刀的动力做功1J,则有0.2J的功用于剪纸D.若作用在剪刀的动力做功1J,则有0.8J的功用于剪纸2.(12泰安)如图所示,工人师傅用250N的力将重400N的物体匀速提升1m,在此过程中滑轮组的机械效率是AA.80% B.62.5% C.125% D.20%3.(12来宾)用图中装置匀速提升重力为100N的物体,手的拉力为60N,滑轮的机械效率为CA.16.7% B.20%C.83.3% D.100%4.(12自贡)如图所示,用滑轮组提升重物时,重800N的物体在10s内匀速上升了1m。
已知拉绳子的力F为500N,则提升重物的过程中AA.做的有用功是800JB.拉力F的功率是80WC.绳子自由端被拉下3mD.滑轮组的机械效率是60﹪5.(12岳阳)工人利用如图所示的滑轮组,将重800N的物体竖直向上匀速提升1m,工人对绳的拉力为500N,则滑轮组对重物所做的有用功W有和该滑轮组此时的机械效率η分别是D A.W有=500J η=62.5%B.W有=500J η=80%C.W有=800J η=62.5%D.W有=800J η=80%6.(12宜昌)甲吊车比乙吊车的机械效率高,当它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度时,则BA.甲吊车的电动机做的有用功较多B.乙吊车的电动机做的额外功较多C.甲吊车的电动机做的总功较多D.甲、乙两吊车的电动机做的总功相同7.(12龙东·农垦·森工)分别用如图所示的两个滑轮组,将同一物体提升到相同高度。
若物体受到的重力为100N,动滑轮的重力为10N。
把物体匀速提升1m的过程中,(不计绳重和摩擦)下列说法正确的是(双选)ADA.甲、乙两滑轮组所做的有用功都是100JB.甲滑轮组所做的有用功为200J,乙滑轮组所做的有用功为300JC.甲、乙滑轮组中绳子的自由端的拉力相等D.甲、乙两滑轮组的机械效率均为90.9%8.(11牡丹江)做值日时,小阳将一桶水从一楼提到二楼。
2022年初中物理《八下第十二章简单机械》机械效率(选择题)能力试题答案及解析姓名:_____________ 年级:____________ 学号:______________题型选择题填空题解答题判断题计算题附加题总分得分评卷人得分1、如图,在水平拉力F的作用下,使物体A沿水平面以速度v向右匀速运动了距离s,若物重为G,平面对物体的摩擦力为f。
下列说法正确的是A.有用功的功率为fvB.拉力做功的功率为3FvC.装置的机械效率为D.额外功为(3F-f)s答案【解析】在该装置中,有用的功就是克服摩擦力所做的功,故有用功的功率为fv,故A是正确的;拉力的功率就是用拉力F与拉力运动的速度的乘积,而物体的速度为v,由图可知,动滑轮被三股绳子拉着,故拉力的速度为3v,故拉力的功率是F×3v=3Fv,B也是正确的;装置的机械效率为η=,故C不对;额外功W额=W总-W有=F×3s-f×s=(3F-f)s,故D也是正确的。
考点:功、功率及机械效率的简单计算。
2、下列说法中正确的是()A.机械效率越高,机械做功一定越快B.做功越多的机械,机械效率一定越高C.功率越大的机械做功一定越多D.做功越快的机械,功率一定越大答案【解析】试题分析:功率是表示做快慢的物理量,功率大的做功快,即在单位时间内完成的功多。
机械效率是反映的机械做的有用功占总功的百分比,机械效率越高,其有用功与总功的比值越大。
功率与机械效率是两个不相关的物理量,功率对机械效率没有任何影响。
A选项中机械效率眼都花了高,说明有用功占总功的比值越大,做功快是指功率;B选项中做功多,但没有说明有用功的大小;C选项中功率大的机械做功快,做功多少还与时间有关。
考点:功率与机械效率的区分/p>3、如图所示,小丽用滑轮组匀速提升一个重为600N的物体,物体上升的速度为0.1m/s,人拉绳的力F为250N,不计绳重和摩擦,下列说法不正确的是()A.人拉绳做功的功率为75WB.滑轮组的机械效率为80%C.绳子自由端移动的速度为0.3 m/sD.动滑轮重为100N答案【解析】试题分析:图中使用的是滑轮组,承担物重的绳子股数n=3,则拉力F移动的速度是重物移动速度的3倍,即v=3v;(1)先求出拉力移动的速度,利用P===Fv求拉力做功的功率;(2)根据===求出滑轮组的机械效率;(3)绳重和摩擦不计,利用F=1/3(G物+G轮)求出动滑轮重.∵物体上升的速度v=0.1m/s,n=3v=3v=30.1m/s=0.3m/s;故C正确;人拉绳做功的功率P===Fv=250N0.3m/s=75W,故A正确;滑轮组的机械效率:=====80%;故B正确;∵F=1/3(G物+G轮)即250N=1/3(600N+G 轮)G轮=150N,故D错误.考点:功率的计算;滑轮(组)的机械效率点评:此题考查滑轮组绳子拉力的计算、滑轮组的机械效率、功率的计算等,由动滑轮的特点知道:绳子自由端移动的速度与物体上升速度之间的关系是v=3v,这是本题的突破口;利用好P===Fv是本题的关键.4、如图所示,建筑工人用滑轮组提升重为285N的水泥桶,动滑轮重为15N,不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重。
第十二章 第3节:机械效率(三)(简单机械的功、功率、机械效率的计算)1.(12玉林)如图所示是打捞沉船中一封闭货箱的模拟装置.己知货箱重6500N ,动滑轮总重500N ,声音在海水中的传播速度是1500m/s .在海面上用超声测位仪向海底垂直发射声波,经过0.04s 后收到回波(不计绳重和摩擦,g 取10N/kg ,ρ海水=1.0×103kg/m 3)求:(1)沉船在水下的深度是多少?(2)海水对沉船产生的压强是多少?(不计沉船的高度)(3)货箱离开水面匀速上升过程中,该滑轮组的机械效率是多少?(4)当货箱在水面下匀速上升时,如果绳子自由端的拉力为1000N ,那么货箱的体积是多少?(不计动滑轮体积)解:(1)沉船在水下的深度h =vt =1500m/s ×0.04s ×21=30m (2)海水对沉船的压强p =ρgh =103kg/m 3×10N/kg×30m=3×105Pa (3)若货物离开水面后匀速上升h W 有=Gh =6500h 此时拉力F 1=51(G 货+G 动)= 51(6500N+500N )=1400N W 总=F 1s =1400×5h=7000h009.9270006500≈==hh W W 总有η(4)5F + F 浮=G 货+ F 浮= G 货+ G 动-5F =2000NkgN m kg N g F V /10/1020003⨯==ρ浮=0.2m 32.(12柳州)有一个粗细均匀、支点在中央的跷跷板.质量为m 的小阳坐在上面(脚不接触地面),接着质量为小阳3倍的妈妈坐到另一边的板上,小阳和妈妈到支点的距离相等,然后妈妈用力将小阳缓慢跷起至跷跷扳处于水平状态,此时妈妈的脚完全与地面接触,如图所示:(1)若要探究在这个过程中,跷跷板对小阳做了多少功,需要用_____________测出小阳被跷起的高度h ,然后可计算出对小阳做的功为_____________。
第十二章简单机械12.3 机械效率一、选择题1、下列关于物理概念的说法中,错误的是()A.运动的物体具有的能量叫做动能B.机械效率与功率是两个不同的物理量,而且它们之间没有任何关系C.在同种液体中,物体排开液体体积越大,物体所受浮力就越大D.两个互相接触的物体,当它们做相对运动时,在接触面上会产生一种阻碍运动的力,这种力就叫做滑动摩擦力2、如图所示,斜面长3m,高0.6m,建筑工人用绳子在6s内将重500N的物体从其底端沿斜面向上匀速拉到顶端,拉力是150N(不计绳重)。
则下列说法正确的是()A.拉力所做的功是300JB.斜面的机械效率约为77%C.拉力的功率是50WD.物体与斜面间的摩擦力是50N3、使用机械做功时,机械效率高的一定是()A.有用功和总功的比值大的机械B.做功快的机械C.做有用功多的机械D.做功多的机械4、有两个人利用斜面共同将木箱拉上汽车,为了提高斜面的机械效率,下列做法中可取的是()A.以较快的速度将木箱匀速拉上汽车B.以较慢的速度将木箱匀速拉上汽车C.改由一个人将木箱拉匀速上汽车D.板长不变,改用光滑的斜面板,将木箱匀速拉上车5、如图所示,利用四种装置提升同一重物,每个滑轮质量相同.若均把重物提升相同的高度(不计摩擦),下列说法正确的是()A.使用A装置与B装置一样省力B.使用D装置最省力C.使用B装置的机械效率最高D.使用C装置的机械效率最高6、如下图所示,用滑轮组把重为200N的货物在10s内匀速提高到9m高的楼上,所用拉力为80N,则总功和滑轮组的机械效率分别是()A.1800J 、83.3%B.1400J 、80%C.2160J、83.3%D.1800J、80%7、利用如图所示的三种装置把重100N的物体匀速升高,所用拉力分别为30N、80N、40N,这时三种装置的机构效率η1、η2、η3之间的关系是()A.η1>η2>η3B.η1<η3<η2C.η1=η2<η3D.η1<η2<η38、下列有关机械效率的说法中,正确的是()A.机械做的有用功占总功的比例越大,机械效率越高B.机械做的有用功越多,机械效率越高C.机械效率越高越省力D.机械的功率越大,机械效率越高9、用如图所示的滑轮组拉动水平地面上重1000N的物体A,使物体A在4s内匀速前进了4m,物体A受到地面的摩擦力f=300N,所用拉力F=120N,忽略绳重、滑轮重及绳与滑轮间的摩擦.下列说法中正确的是()A.绳子自由端在4s内移动了8mB.物体A重力做功的功率为1000WC.物体A克服摩擦力做的功为480JD.滑轮组的机械效率约为83.3%10、甲、乙两台机械,甲的机械效率是80%,乙的机械效率是60%,若提起相同的重物到同一高度,则( )A.使用甲机械做功省力B.使用甲机械做功多C.使用甲机械做的额外功少D.以上说法都不对二、填空题11、如图所示,小刚欲将一袋粮食从地面抬到楼顶,在不计绳重和摩擦的情况下,小刚用动滑轮把重40N 的一袋粮食匀速提髙10m ,他所用拉力为 25N ,则整个过程中,动滑轮的机械效率是________;如果用该动滑轮把重 l00N 的一袋粮食匀速提升相同高度,则这个动滑轮的机械效率将________(选填“变大”、“变小”或“不变”).12、小明用如图所示的杠杆在B 处提升重物,O 为支点,将重20N 物体提升0.5m ,此杠杆属于________(省力/费力)杠杆,小明对杠杆做的有用功为________J ,若将拉力位置移到C 处,仍将该物体提升0.5m ,与原来相比机械效率________(变小/不变/变大)13、用动力臂是阻力臂3倍的杠杆将600N 的货物抬高30㎝,手向下压杠杆的力是250N ,手下降的高度是________ ㎝,人做的总功是________ ,有用功是________ ,这根杠杆的机械效率是________ 。
思考题及练习题解答5-1机械正反行程的效率是否相同?其自锁条件是否相同?原因何在?答:机械通常可以有正行程和反行程,它们的机械效率一般并不想等。
其自锁条件不相同,一般来说,正行程不自锁,而反行程可以自锁也可以不自锁。
因为一个具有自锁性的机械,只是在满足自锁条件的驱动力的作用下,在一定运动方向上产生自锁,而在其它运动方向上则不一定自锁。
而正反行程力的方向不同。
5-2 当作用在转动副中轴颈上的外力为一单力,并分别作用在其摩擦圆之内、之外或相切时,轴颈将作何种运动?当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时,也会发生自锁吗? 答:(1)当外力作用在摩擦圆之内时,因外力对轴颈中心的力矩始终小于它本身所引起的最大摩擦力矩,因此出现自锁现象;当外力外力作用在摩擦圆之外时,因外力对轴颈中心的力矩大于它本身所引起的摩擦力矩,故轴颈将加速运动;当外力与其摩擦圆相切时,因外力对轴颈中心的力矩等于它本身所引起的摩擦力矩,故轴颈处于临界状态,将作等速运动(当轴颈原来是转动的)或静止不动(当轴颈原来是静止的)。
(2) 当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时,若该力偶矩小于它本身所引起的摩擦力矩,也会发生自锁。
5-3眼镜用小螺钉(M1×0.25)与其他尺寸螺钉(例如M1×1.25)相比,为什么更容易发生自动松脱现象(螺纹中经=螺纹大径-0.65×螺距)? 答:M1×0.25螺钉的螺纹中径 mm mm d 8375.0)25.065.01(2=⨯-= 螺纹升角43.58375.025.0arctanarctan2===d p αM1×1.25螺钉的螺纹中径 mm mm d 1875.7)25.165.08(2=⨯-=' 螺纹升角αα<==='17.31875.725.1arctanarctan2d p综合螺旋副的自锁条件可知,眼镜用小螺钉较其它尺寸螺钉更容易发生自动松脱现象。
机械效率评卷人得分一、计算题G=100 N的重物提升到高处,小明同学设计了滑轮组装置,如下图所示.当小明用图甲所示随时间变化的竖直向下拉力F拉绳时,重物的速度v和上升的高度h随时间t变化的关系图像分别如图乙和丙所示.若重物与地面的接触面积S=5×10-2m2,不计摩擦,绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向.求:(1)在2~3 s内,拉力F的功率P及滑轮组的机械效率η.(2)在1~2 s内,拉力F做的功W.(3)在0~1 s内,重物对地面的压强p.2. (扬州市)水平地面上的圆桶装有体积为0.01 m3的水,圆桶与地面接触面积为0.2 m2,g=1.0×103kg/m3,桶自重忽略不计.取10 N/kg,ρ水(1)求这桶水的质量.(2)求这桶水对地面的压强.(3)如图所示,若用动滑轮将此桶水匀速提升1 m,所用拉力为60 N,求动滑轮的机械效率.3. 如图所示,小王站在高为3 m,长为6 m的斜面上,将重200 N的木箱A沿斜面匀速从底端拉上顶端,拉力的大小恒为120 N,所花时间是10 s.求:(1)木箱A沿斜面方向的运动速度.(2)小王对木箱A做功的功率.(3)斜面的机械效率.4. 建筑工地上,工人用如图所示的装置将重为230 N的建材从地面匀速送到6 m高处,所用拉力为125 N,时间为20 s.求:(1)工人做的有用功.(2)工人做的总功.(3)此过程中该装置的机械效率.(4)工人做功的功率.5. 用200 N的推力沿斜面将物体匀速推上长8 m、高2 m的斜面,已知物体与斜面间的摩擦力为50 N,求:(1)总功和有用功分别是多少.(2)斜面的机械效率.(3)物体的重量.6. 如图甲所示,滑轮组在竖直向上的拉力F的作用下,将重为105 N的物体匀速提起,在5 s时间内,绳子自由端移动的距离为s=3 m.图乙是滑轮组工作时的拉力F与绳自由端移动距离s的关系图.(1)计算物体上升的速度.(2)图乙中阴影部分的面积表示的物理量是,并列式计算出该物理量.(3)计算滑轮组提升该物体时的机械效率.7. 如图所示,塔式起重机上的滑轮组将重为9.0×103N的重物匀速吊起10 m,作用在绳端的拉力为4.0×103N。
思考题及练习题解答5-1机械正反行程的效率是否相同?其自锁条件是否相同?原因何在?答:机械通常可以有正行程和反行程,它们的机械效率一般并不想等。
其自锁条件不相同,一般来说,正行程不自锁,而反行程可以自锁也可以不自锁。
因为一个具有自锁性的机械,只是在满足自锁条件的驱动力的作用下,在一定运动方向上产生自锁,而在其它运动方向上则不一定自锁。
而正反行程力的方向不同。
5-2 当作用在转动副中轴颈上的外力为一单力,并分别作用在其摩擦圆之内、之外或相切时,轴颈将作何种运动?当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时,也会发生自锁吗? 答:(1)当外力作用在摩擦圆之内时,因外力对轴颈中心的力矩始终小于它本身所引起的最大摩擦力矩,因此出现自锁现象;当外力外力作用在摩擦圆之外时,因外力对轴颈中心的力矩大于它本身所引起的摩擦力矩,故轴颈将加速运动;当外力与其摩擦圆相切时,因外力对轴颈中心的力矩等于它本身所引起的摩擦力矩,故轴颈处于临界状态,将作等速运动(当轴颈原来是转动的)或静止不动(当轴颈原来是静止的)。
(2) 当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时,若该力偶矩小于它本身所引起的摩擦力矩,也会发生自锁。
5-3眼镜用小螺钉(M1×0.25)与其他尺寸螺钉(例如M1×1.25)相比,为什么更容易发生自动松脱现象(螺纹中经=螺纹大径-0.65×螺距)?答:M1×0.25螺钉的螺纹中径 mm mm d 8375.0)25.065.01(2=⨯-= 螺纹升角 43.58375.025.0arctan arctan2===d p α M1×1.25螺钉的螺纹中径 mm mm d 1875.7)25.165.08(2=⨯-='螺纹升角αα<===' 17.31875.725.1arctan arctan2d p 综合螺旋副的自锁条件可知,眼镜用小螺钉较其它尺寸螺钉更容易发生自动松脱现象。
5-4 通过对串联机组及并联机组的效率计算,对设计机械传动系统有何启示?答:通过对串联机组及并联机组的效率计算,我们希望尽可能提高串联机组中任意机器的效率,减少串联机器的数目;在并联机组部分,着重提高传递功率大的传动线路的效率。
5-5 对于图示四杆机构,设P 为主动力,Q 为工作阻力,各移动副处的摩擦角为φ,各活动构件的质量忽略不计。
(1)试建立P 与Q 之间的关系; (2)求正、反行程的效率;(3)正行程不自锁而反行程自锁时α、β的取值范围; (4)如果α<2β且β>90º-2φ,则正行程是否自锁?为什么?题5-5图解:(1)在机构上画出总运动副反力的方向,再画出各活动构件力封闭矢量三角形,三个三角形相邻布置。
如图5-5解所示。
图5-5解取滑块1为分离体,有02141=++R R F F P由正弦定律可得:ϕϕαcos )2sin(21+=R F P (a )取滑块2为分离体,有0423212=++R R R F F F由正弦定律可得:)2cos()2cos(3212ϕαϕβ+-=R R F F (b)取滑块3为分离体,有04323=++Q F F R R由正弦定律可得:)2sin(cos 23ϕβϕ-=QF R (c)联立式(a)、 (b)、 (c)可解得)2cot()2tan(ϕβϕα-+=Q P (d ) (2)正行程效率)2cot()2tan(cot tan 0ϕβϕαβαη-+==P P (e ) 反行程效率:反行程时Q 为驱动力,因运动副总反力方向变了,需把ϕ换成(-ϕ),仍然可用正行程力关系来计算,因此,由式(d )可得)2cot()2tan(ϕβϕα--=PQ (f )βαϕβϕαηcot tan )2cot()2tan(+-=' (g )(3)正行程不自锁时,0>η,由式(e )可得ϕα290-<或 ϕβ2> 反行程自锁时,0<'η,由式(g )可得ϕα2<或ϕβ290->因为通常情况下,ϕϕ2902-<,所以要使正行程不自锁、反行程自锁,α、β的取值范围应是ϕα2<,或ϕβ290->(4)由(3)知ϕα2<或ϕβ290-> 时,反行程自锁;当ϕα2<且ϕβ290->时均满足时,机构反行程仍然自锁,这里不能负负得正。
进一步细分析如下: 1)由式(a )可得反行程时)cos()2sin(21ϕϕα--=R F P ,滑块1的驱动力为F R21,滑块1的效率)cos(sin )2sin(212101ϕαϕαη--=='R R F F 当ϕα2<时,01<'η,滑块1自锁,整个机构自锁。
2)由式(b )可得反行程时)2cos()2cos(3212ϕαϕβ-+=R R F F ,滑块2的驱动力为F R32,滑块2的效率)2cos(cos )2cos(cos 323202ϕαβββαη-+=='R R F F 当ϕβ290-> 时, 902>+ϕβ,0)2cos(<+ϕβ,则02<'η,滑块2自锁,整个机构自锁。
3)由式(c )可得反行程时)2sin()cos(23ϕβϕ+-=QF R ,滑块3的驱动力为Q ,滑块3的效率)2sin()cos(sin 03ϕβϕβη+-=='Q Q 无论β取何值,3η'均大于零,所以滑块3不会自锁。
综上所述,滑块3不会自锁。
当ϕα2<时,滑块1自锁;当ϕβ290->时,滑块2自锁,当ϕα2<且ϕβ290->时滑块1、2同时自锁。
这三种情况都会导致整个机构自锁。
由(3)知ϕβ2<或ϕα290-> ,正行程自锁。
当ϕβ2<且ϕα290->均满足时,机构正行程有两个活动构件同是自锁,机构正行程自锁。
5-6 图示螺旋顶升机构中,转动手轮H,通过方牙螺杆2使楔块3向左移动,提升滑块4上的重物Q 。
已知:Q=20kN ,楔块倾角α=15º,各接触面间的摩擦系数f=0.15,方牙螺杆2的螺距为6mm ,是双头螺杆,螺纹中经d 2=25mm ,不计凸缘处(螺杆2与楔块3之间)摩擦,求提升重物Q 时,需要加在手轮上的力矩和该机构的效率。
题5-6图解:(1)摩擦角: 53.815.0arctan ==ϕ 螺旋副螺纹升角: 687.82562arctan 2arctan2=⨯⨯==ππλd l 取mm KN p /1=μ画构件4、3、2的力矢量多边形,如图5-6解(a )、(b)、(c)所示,则有图5-6解,01434=++Q F F R R0134323=++R R R F F F , 01232=++P F F R R求得kN ab F F P R R 254334≈⋅==μ , kN fe F F P R R 143223=⋅==μ,kN gh P P 5=⋅=μ故m N m N d PM ⋅=⋅⨯⨯==5.622025.0105232 (2) )tan(tan 02ϕλλη+==P P ϕαϕαϕαϕαηcos cos )2cos()2cos(/cos cos /343404+=+==Q Q F F R R )2sin(cos sin )90sin(/)2sin(sin 4343232303ϕαϕαϕϕααη+=-+==R R R R F F F F 211.0tan )2cot()tan(tan 432=++==αϕαϕλληηημ5-7 图示为带式输送机,由电动机1经平带传动及一个两级齿轮减速器带动输送带8.设已知输送带8所需的曳引力F 为5500N ,运送速度V 为1.2m/s 。
平带传动(包括轴承)的效率η1=0.95,每对齿轮(包括其轴承)的效率η2=0.97,输送带8的效η3=0.92(包括其支承和联轴器)。
试求该机组总效率和所需电动机功率。
题5-7图解:(1)该系统的总效率82.092.097.095.023221=⨯⨯==ηηηηη(2)计算电动机所需的功率W W FvP d 8.804882.02.15500=⨯==η5-8 如图所示,电动机通过带传动及圆锥、圆柱齿轮传动带动工作机A 和B 。
设每对齿轮的效率η1=0.97(包括轴承的效率在内),带传动的效率η2=0.92,工作机A 、B 的功率分别为P A =5Kw 、P B =1Kw,效率分别为ηA =0.8、ηB =0.5,试求电动机所需的功率。
题5-8图解:由题中已知条件可得W W P P AArA 62508.0500===η W W P P bBrB 20005.01000===η 则 W P P P rArAdA 2.722097.092.062502112=⨯===ηηηηW W P P P rBrBdB 5.231097.092.020002112=⨯===ηηηη故电动机所需的功率W W P P P dB dA 7.9530)5.23102.7220(=+=+=5-9 图示为一钢链抓取器,求其能抓取钢锭的自锁条件。
设抓取器与钢锭之间的摩擦系数为f ,忽略各转动副之间的摩擦及抓取器各构件的自重。
题5-9图解:设抓取器与钢锭之间的正压力为F N ,摩擦力为F f ,要钢锭不滑脱,需满足N f f fF F G F =≥,2 (a )由构件1的力平衡条件,作用于其上的力对D 点取矩,有αcos 1311l F l F R N =' (b ) 由B 点的平衡条件有G F F R ==αsin 213 (C)联立式(a )、(b)、(c)可解得)arctan(11f l l '≤α此即为该抓取器的自锁条件。
5-10 如图所示的矩形螺纹千斤顶,已知螺纹的大经d=24mm ,小径d 1=20mm ,导程l =4mm ;顶头环形摩擦面的外径D=50mm ,内径d 0=42mm ,手柄长度L=300mm ,所有摩擦面的摩擦系数均为f =0.1。
试求: (1)该千斤顶的效率;(2)若作用在手柄上的驱动力F d =100N ,求千斤顶所能举起的重量Q 。
题5-10图解:(1)求千斤顶的效率工作时在矩形螺纹和顶头底面处发生摩擦。
顶头底面处的摩擦是轴端环形面摩擦,可按非跑合状态来考虑,此时的摩擦力矩为)(036.2425042501.03131223302303mm N Q Q d D d D fQ M ⋅=--⨯=--='螺纹中径d 2为 mm mm d d d 222)2024(2)(12=+=+= 螺纹升角α为312.3)]22(4arctan[)](arctan[2===ππαd l摩擦角ϕ为711.51.0arctan arctan ===f ϕ螺纹工作面的摩擦力矩为)(747.1)711.5312.3tan(222)tan(22mm N Q Q d QM ⋅=+=+='' ϕα 所以考虑摩擦时,所需的驱动力矩为)(053.4mm N Q M M M ⋅=''+'=不考虑摩擦时,顶头底面处的摩擦力矩为零,而矩形螺纹处理想的驱动力矩M 0可根据M ''的计算公式,令0=ϕ,得)(6366.0312.3tan 222tan 220mm N Q Q d QM ⋅=== α 因此,该千斤顶的效率为007.15053.46366.00===QQM M η(2)如果F=100N, 求举起的重量Q由于考虑摩擦时的驱动力矩为)(053.4mm N Q M ⋅=,力臂L=300mm ,而L F M ⋅=,因此有N Q 300100053.4⨯=即 N N Q 7402053.4300100=⨯=5-11 如图所示的偏心夹具中,设已知夹具中心高H=100mm ,偏心盘外径D=120mm ,偏心距e =15mm ,轴颈摩擦圆半径ρ=5mm ,摩擦系数f =0.15。