Question

如圖所示，一正方體物體放在水平地面上，一個(gè)人站在地上利用滑輪組將重物勻速提到樓上，每個(gè)滑輪重為225牛．（不計(jì)繩重和摩擦）．求：
（1）要想使人所用的拉力最小，請(qǐng)?jiān)趫D上畫出滑輪組上繩子的繞法．
（2）如果人對(duì)繩子的拉力是375N，滑輪組的機(jī)械效率是多少？若重物上升的速度是0.2m/s，人拉繩的功率是多少？
（3）為了比較各種不同機(jī)械的省力程度，物理上還引入了一個(gè)機(jī)械效益（A）的概念．機(jī)械效益定義為機(jī)械產(chǎn)生的對(duì)外作用力（P）跟外界施于機(jī)械的力（F）之比．則（2）中機(jī)械效益為多少？

Answer 1

分析：（1）與滑輪組中的動(dòng)滑輪相連的繩子有幾段，繩子自由端的拉力就是物重和滑輪組總重的幾分之一，繩子段數(shù)越大，越省力．
（2）①在不計(jì)繩重和摩擦，考慮動(dòng)滑輪重力的情況下，作用在繩子自由端的拉力F=

G物+G動(dòng)

n

，據(jù)此公式變形求出物體的重力G_物；
②滑輪組中，繩子自由端移動(dòng)的距離S與物體升高的高度h的關(guān)系是S=nh，根據(jù)滑輪組機(jī)械效率的計(jì)算公式η=

G物h

FS

=

G物h

Fnh

=

G物

Fn

計(jì)算出該滑輪組的機(jī)械效率；
③人拉繩的功率P=

FS

t

=

Fnh

t

=FnV_物，其中n為與動(dòng)滑輪相連的繩子段數(shù)，V_物為物體上升的速度．
（3）根據(jù)機(jī)械效益定義，機(jī)械產(chǎn)生的對(duì)外作用力（P）跟外界施于機(jī)械的力（F）之比來計(jì)算機(jī)械效益的大小．

解答：解：（1）圖中滑輪組由兩個(gè)動(dòng)滑輪和一個(gè)定滑輪組成，有兩種繞線方法，承擔(dān)重物的繩子的根數(shù)越多越省力；一種是由兩根繩子承擔(dān)重物，一種是由三根繩子承擔(dān)重物，要想最省力，應(yīng)選用三根繩子承擔(dān)的繞法，即從動(dòng)滑輪開始纏繞，如下圖所示．

（2）①根據(jù)省力公式F=

G物+G動(dòng)

n

，所以滑輪組提起的重物的重力大小為：
G_物=nF-G_動(dòng)=3×375N-225N=900N
②根據(jù)滑輪組的機(jī)械效率計(jì)算公式η=

G物

Fn

×100%計(jì)算出該滑輪組機(jī)械效率的大小
η=

G物

Fn

×100%=

900N

375N×3

×100%=80%
③若重物上升的速度是0.2m/s，人拉繩的功率
P=FnV_物=375N×3×0.2m/=225W
答：滑輪組的機(jī)械效率是80%，若重物上升的速度是0.2m/s，人拉繩的功率是225W．
（3）由滑輪組機(jī)械效益（A）的概念，該滑輪組機(jī)械效益為
A=

P

F

=

900N

375N

=2.4
答：機(jī)械效益為2.4．

點(diǎn)評(píng)：本題學(xué)生容易在第（2）問上出錯(cuò)，沒有求出重物的重力，誤把滑輪重力當(dāng)做物體的重力進(jìn)行計(jì)算；在計(jì)算拉力的功率時(shí)，誤把重物升高的速度和繩子移動(dòng)的速度混為一談．這都是在解題中需要特別注意的地方．