Question

如图所示是小明同学测滑轮组机械效率的实验装置图．他在2s内做了2.4J的有用功使重物匀速上升了0.4m，不计绳重及摩擦．请你回答：
（1）拉力做功的功率？
（2）该滑轮组的机械效率是多少？
（3）若用该滑轮组将20N的重物提高0.4m，拉力做的总功是多少？

Answer 1

解：从图可知，动滑轮由3段承担．
（1）由图可知，弹簧测力计的分度值是0.5N，指针指在2N到3N之间，所以小明所用的拉力F=2.5N，
而h=0.4m，
则拉力移动的距离为：s=3h=3×0.4m=1.2m，
∴拉力做的总功为：W_总=Fs=2.5N×1.2m=3J，
拉力做功的功率为：P===1.5W．
答：拉力的功率是1.5W．
（2）∵W_有用=2.4J；
∴滑轮组机械效率为：η===80%．
答：该滑轮组的机械效率是80%．
（3）∵W_有用=2.4J，h=0.4m，
∴物体的重力为：G_物===6N，
不考虑绳重及摩擦，F=（G_物+G_轮），
而拉力F=2.5N，
∴动滑轮的重力为：G_轮=3F-G_物=3×2.5N-6N=1.5N，
当重物的重力为20N时，此时的拉力F=（G_物+G_轮）=×（20N+1.5N）=N，
又∵s=3h=3×0.4m=1.2m，
∴此时拉力做的总功为：W_总=FS=N×1.2m=8.6J．
答：若用该滑轮组将20N的重物提高0.4m，拉力做的总功是8.6J．
分析：首先根据动滑轮由几段承担，来确定滑轮组的绳子段数，然后根据公式逐个计算．
（1）弹簧测力计示数即可读出小明所用的拉力，知道重物上升的高度，从而可以计算出拉力移动的距离，根据公式W=FS求出总功，再利用公式P=求出拉力做功的功率．
（2）知道小明做的有用功和总功，可利用公式η=计算滑轮组机械效率．
（3）不考虑绳重及摩擦，知道有用功和重物上升的高度，可利用公式G=计算出物体的重力，知道拉力为2.5N，利用F=（G_物+G_轮）求动滑轮重，再利用该公式求提升20N重物时的拉力，最后利用公式W=FS计算出拉力做的总功．
点评：本题所涉及到的公式特别多，要根据滑轮组确定绳子段数n，然后利用公式认真计算，在计算过程中，要注意单公式变形问题；对同一滑轮组来说，被提升重物的重，机械效率越高．