Question

8．小明用滑輪組提升一重為810N的摩托車(chē)，所用的拉力是180N，繩子自由端被拉下1m．若不計(jì)繩重和摩擦，試計(jì)算：
（1）請(qǐng)畫(huà)出滑輪組的裝置圖．
（2）小明所做的總功是多少焦？
（3）此滑輪組的機(jī)械效率是多少？
（4）若小明用該滑輪組提起另一輛重為630N的摩托車(chē)，則該滑輪組的機(jī)械效率為多少？

Answer 1

分析 （1）滑輪組繩子的繞法，有兩種：
一是繩子先系在定滑輪的固定掛鉤上，繞過(guò)下面的動(dòng)滑輪，再繞過(guò)上面的定滑輪；
二是繩子先系在動(dòng)滑輪的固定掛鉤上，繞過(guò)定滑輪，然后再繞過(guò)動(dòng)滑輪．已知拉力和繩子移動(dòng)距離，可求總功，知道重力和繩子段數(shù)可求有用功，從而算出機(jī)械效率．
（2）已知拉力和繩子移動(dòng)距離，可求總功，
（3）知道重力和繩子段數(shù)可求有用功，從而算出機(jī)械效率．
（4）根據(jù)根據(jù)F=$\frac{1}{5}$（G+G_動(dòng)）求出動(dòng)滑輪的重力，然后根據(jù)F=$\frac{1}{5}$（G+G_動(dòng)）求出若小明用該滑輪組提起另一輛重為630N的摩托車(chē)時(shí)的拉力，利用η_max=$\frac{{W}_{有用}^{′}}{{W}_{總}(cāng)^{′}}$=$\frac{G′h}{F′s}$=$\frac{G′h}{F′×5h}$=$\frac{G′}{5F′}$計(jì)算滑輪組的機(jī)械效率．

解答 解：（1）根據(jù)F=$\frac{1}{n}$G可得，n=$\frac{G}{F}$=$\frac{810N}{180N}$=4.5，則滑輪組應(yīng)該有5段繩子承擔(dān)物重，即從動(dòng)滑輪開(kāi)始纏繞，如圖所示：

（2）小明所做的總功：
W_總=Fs=180N×1m=180J
（3）摩托車(chē)上升的高度：
h=$\frac{s}{5}$=$\frac{1m}{5}$=0.2m，
W_有用=Gh=810N×0.2m=162J，
此滑輪組的機(jī)械效率是η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}(cāng)}$×100%=$\frac{162J}{180J}$×100%=90%．
（4）根據(jù)F=$\frac{1}{5}$（G+G_動(dòng)）可得，動(dòng)滑輪的重力：
G_動(dòng)=5F-G=5×180N-810N=90N，
若小明用該滑輪組提起另一輛重為630N的摩托車(chē)，則拉力：
F′=$\frac{1}{5}$（G′+G_動(dòng)）=$\frac{1}{5}$×（630N+90N）=144N，
η_max=$\frac{{W}_{有用}^{′}}{{W}_{總}(cāng)^{′}}$=$\frac{G′h}{F′s}$=$\frac{G′h}{F′×5h}$=$\frac{G′}{5F′}$=$\frac{630N}{5×144N}$=87.5%．
答：此滑輪組的機(jī)械效率是90%．

點(diǎn)評(píng) 此題考查滑輪組繩子的繞法、功和機(jī)械效率的計(jì)算，關(guān)鍵是利用好F=$\frac{1}{n}$（G+G_動(dòng)）這個(gè)條件，難點(diǎn)在于滑輪組的畫(huà)法．