Question

簡(jiǎn)單機(jī)械的應(yīng)用
保潔工人要清洗高樓的外墻，他的同伴站在地面上，使用了如圖13所示的裝置對(duì)它進(jìn)行升降．已知該保潔工的質(zhì)量為60kg，保潔器材的質(zhì)量為20kg，他同伴對(duì)繩的拉力為500N，吊籃在拉力的作用下1min勻速上升了10m，繩的最大承受拉力為600N，動(dòng)滑輪和吊籃一共所受的重力為100N，求：
（1）不計(jì)摩擦，此滑輪組最多能提起

1200

N的物體．
（2）請(qǐng)你畫(huà)出吊籃所受力的示意圖．
（3）這個(gè)滑輪組的機(jī)械效率是多大？
（4）小明和同學(xué)們還想要了解機(jī)械效率與哪些因素有關(guān)．為此同學(xué)們進(jìn)行了有關(guān)斜面的機(jī)械效率的探究．
在探究斜面的機(jī)械效率時(shí)，同學(xué)們運(yùn)用了如圖14所示的實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行了有關(guān)實(shí)驗(yàn)，并得出如下的結(jié)論：如果斜面的光滑程度一樣，斜面的長(zhǎng)度S和小車(chē)的重保持不變，通過(guò)改變其高度h的方法測(cè)得的機(jī)械效率，其機(jī)械效率是不同的．

這時(shí)有的同學(xué)提出：如果保持斜面的高度、長(zhǎng)度和光滑程度不變，改變小車(chē)的速度、小車(chē)的重力，是否會(huì)影響它的機(jī)械效率呢？
大家積極思考，提出了各種猜想，概括起來(lái)有如下幾種：
猜想1：可能與勻速拉動(dòng)的速度大小有關(guān)．
猜想2：可能與小車(chē)的重力有關(guān)．
猜想3：可能與勻速拉動(dòng)的速度大小和小車(chē)的重力都有關(guān)．
各小組分別根據(jù)各自的猜想進(jìn)行了探究，實(shí)驗(yàn)記錄如下表．
蘭蘭小組的實(shí)驗(yàn)記錄

物理量 　變化因素	小車(chē)重力/N	繩端拉力/N	機(jī)械效率
較小速度	10	4.2	79.4%
較大速度	10	4.2	79.4%
探究結(jié)果

芳芳小組的實(shí)驗(yàn)記錄

物理量 變化因素	小車(chē)重力/N	繩端拉力/N	機(jī)械效率
大致相同的拉動(dòng)速度	10	4.2	79.4%
	15	6.0
探究結(jié)果

請(qǐng)你將上述兩個(gè)表格填寫(xiě)完整．

Answer 1

分析：（1）知道繩的最大承受拉力，不計(jì)摩擦，利用F=

1

2

G求最多能提起的物體重．
（2）吊藍(lán)受到自身的重力、繩子的拉力、人和保潔器材的壓力的作用，重力的方向豎直向下，拉力的方向豎直向上，壓力的方向垂直向下．
（3）對(duì)人和器材做的功為有用功，拉力做的功為總功，利用效率公式求滑輪組的機(jī)械效率．
（4）①芳芳的實(shí)驗(yàn)中，斜面的高度h、長(zhǎng)度S、斜面的光滑程度不變，斜面機(jī)械效率的計(jì)算公式：η=

W有用

W總

×100%=

Gh

FS

×100%；根據(jù)第一次測(cè)量和計(jì)算結(jié)果計(jì)算出斜面的高度和長(zhǎng)度的比值，代入公式就可以計(jì)算出第2次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率．
②注意分析蘭蘭、芳芳所測(cè)的物理量，注意變化的量和不變的量，同時(shí)注意觀察機(jī)械效率是否變化，若變化的話是由哪個(gè)物理量引起的，從而得出正確的結(jié)論．

解答：解：（1）由圖知，n=2，
∵不計(jì)摩擦，
∴F=

1

2

G，
即：600N=

1

2

G，
∴G=1200N；
故答案為：1200．
（2）吊藍(lán)受到自身的重力、繩子的拉力、人和器材的壓力的作用，作用點(diǎn)在吊籃底部的中心上，過(guò)作用點(diǎn)分別作出這三個(gè)力，如下圖所示：

（3）W_有=Gh=（m_人+m_器材）gh=（60kg+20kg）×10N/kg×10m=8000J，
s=2h=2×10m=20m，
W_總=Fs=500N×20m=10000J，
η=

W有用

W總

=

8000J

10000J

×100%=80%．
答：這個(gè)滑輪組的機(jī)械效率是80%．
（4）①芳芳第1次實(shí)驗(yàn)中：η=

Gh

FS

，代入相關(guān)數(shù)據(jù)，
∴斜面高度和長(zhǎng)度的比值：

h

S

=

ηF

G

=

79.4%×4.2N

10N

=0.33348
∴第2次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率：η′=

G′

F′

×

h

S

=

15N

6.0N

×0.33348×100%=83.37%
②蘭蘭小組：由表格中數(shù)據(jù)知，兩次被提升小車(chē)的重力相同，第二次比第一次提升的速度大，兩次測(cè)量的機(jī)械效率相同，所以可以看出機(jī)械效率與物體被提升的高度無(wú)關(guān)．
芳芳小組：兩次實(shí)驗(yàn)物體被提升的速度相同，第二次提升小車(chē)的重力大，機(jī)械效率也高，所以可以看出機(jī)械效率與被提升物體的重力有關(guān)．
故答案為：
蘭蘭小組的實(shí)驗(yàn)記錄

物理量 　變化因素	小車(chē)重力/N	繩端拉力/N	機(jī)械效率
較小速度	10	4.2	79.4%
較大速度	10	4.2	79.4%
探究結(jié)果	機(jī)械效率的大小與拉動(dòng)的速度的大小無(wú)關(guān)

芳芳小組的實(shí)驗(yàn)記錄

物理量 變化因素	小車(chē)重力/N	繩端拉力/N	機(jī)械效率
大致相同的拉動(dòng)速度	10	4.2	79.4%
	15	6.0	83.37%
探究結(jié)果	機(jī)械效率的大小與物重的大小有關(guān)

點(diǎn)評(píng)：（1）考查了使用滑輪組有用功、總功、機(jī)械效率的計(jì)算，知道對(duì)人和器材做的功為有用功是本題的關(guān)鍵．
（2）考查了斜面的機(jī)械效率，主要考查了有關(guān)機(jī)械效率的計(jì)算，同時(shí)考查了學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論的能力．