初中 · 机械优势与功

省一半力,要多拉多少绳?

不可伸长轻绳,承重段数n,整体效率η。亲手把同一货物提升到相同高度。

问题的来处古代 · 滑轮与机械优势

滑轮吊装:问题从哪里来?

滑轮是古老的简单机械。它把力与行程互换;算清承重绳段,比数轮子个数更可靠。这里按预设绕绳,不做任意自由接线。

读一段背景,带着问题动手

滑轮是古老的简单机械。它把力与行程互换;算清承重绳段,比数轮子个数更可靠。这里按预设绕绳,不做任意自由接线。

滑轮是古老的简单机械。它把力与行程互换;算清承重绳段,比数轮子个数更可靠。这里按预设绕绳,不做任意自由接线。 不可伸长轻绳,承重段数n,整体效率η。 效率下降时,输入功为什么反而更多?

现在,换你来试相同货重与提升高度,亲手完成n=1、n=2两组提升,比较拉力和绳长。

故事出处与延伸阅读

滑轮吊装

S07 / 机构与传动
今天的问题

少一半的力,是不是要多拉一倍的绳?

独立探索要做什么?

相同货重与提升高度,亲手完成n=1、n=2两组提升,比较拉力和绳长。

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
准静态吊装 · 绳不可伸长F=50.0N2条承重绳段 · 金色连续绳 · 自由端向下拉手拉力50 N0中线 · 各量独立标定输入功50 J0中线 · 各量独立标定耗散0 J0中线 · 各量独立标定

提升高度固定时几何相同,效率改变手拉力和耗散。 图中量尺以0为中线,各量按默认值独立作非线性标定,长度不能跨量比较;精确数值与单位见读数。

金线:连续绳轮轴:固定/移动青色:同一货物
看这里 · 手拉力50 N

拉力 50 N,拉绳 1 m。输入功 50 J,货物增加势能 50 J。省力的代价是距离。

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

0.5 m默认暂停 · 隐藏页面自动暂停
手拉力
50 N
拉绳长度
1 m
货物提升
0.5 m
输入功
50 J
重力势能增加
50 J
耗散
0 J

n由承重绳段定义,不由滑轮数量推算。主图按承重段分组显示;效率是整体简化参数,不模拟每个轮子的摩擦。 提升高度固定时几何相同,效率改变手拉力和耗散。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

启用交互后显示带单位曲线。

换个条件,再想一步

效率下降时,输入功为什么反而更多?

先预测,再观察。反例不会替你完成独立任务。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。保存模型条件与单位;恢复后重算,不恢复任务完成资格。

先留一组,再改变一个条件。

从观察到解释

把证据带回纸上

展开关系与推导

约束s=nh;理想nF=W,非理想F=W/(nη)。输入Fs=Wh/η,差额为耗散,省力不能省功。

固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

少一半的力,是不是要多拉一倍的绳?

换个条件,再试一次

效率下降时,输入功为什么反而更多?

看哪里?

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识机械优势与功涉及的量与单位:货物重量(N)、承重绳段(无量纲)、货物提升(m)、整体效率(无量纲)。初中为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:亲手把同一货物提升到相同高度。

再做定量:保持其他条件,比较承重绳段与手拉力(N),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

约束s=nh;理想nF=W,非理想F=W/(nη)。输入Fs=Wh/η,差额为耗散,省力不能省功。

对照核验提示:一条承重绳:提升0.5 m;两条承重绳:同样货重与高度。按这些题设自己操作并比较手拉力,不把参考情景当个人完成。

适用范围:n由承重绳段定义,不由滑轮数量推算。主图按承重段分组显示;效率是整体简化参数,不模拟每个轮子的摩擦。 提升高度固定时几何相同,效率改变手拉力和耗散。

Britannica · Pulley(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。