题目内容
9.如图所示,质量为60kg的工人用滑轮组提升重物,每个滑轮的重力均为50N.(1)用滑轮组让重力为250N的物体匀速上升2m的过程中,人做的有用功为多少?
(2)若绳子能够承受的最大拉力为400N,重物提升过程中绳子重和摩擦对应的额外功始终占总功的10%,求滑轮组的最大机械效率.
分析 (1)知道物体的重力和上升的高度,根据W=Gh求出人做的有用功;
(2)由图可知绳子的有效股数为2,绳端移动距离s和物体h之间的关系是s=nh,根据W=Fs表示出拉力做的总功,根据W=Gh表示出克服动滑轮重力做的功,绳子重和摩擦对应的额外功始终占总功率的10%,根据总功等于有用功和额外功之和表示出其大小,根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%求出最大拉力时滑轮组的机械效率,即为滑轮组的最大拉力.
解答 解:(1)人做的有用功:
W有=Gh=250N×2m=500J;
(2)当以绳子能够承受的最大拉力提升物体时,滑轮组的机械效率最大,
由图可知n=2,s=nh,
拉力做的总功:
W总=Fs=2Fh,
克服动滑轮重力做的额外功:
W动=G动h,
因重力提升过程中绳子重和摩擦对应的额外功始终占总功的10%,
由P=$\frac{W}{t}$可得,重力提升过程中绳子重和摩擦对应的额外功:
W绳摩=10%P总t=10%W总=10%×2Fh=0.2Fh,
滑轮组做的有用功:
W有=W总-W动-W绳摩=2Fh-G动h-0.2Fh=1.8Fh-G动h,
滑轮组的最大机械效率:
η=$\frac{1.8Fh-{G}_{动}h}{2Fh}$×100%=$\frac{1.8×400-50}{2×400}$×100%=83.75%
答:(1)人做的有用功为500J;
(2)滑轮组的最大机械效率为83.75%.
点评 本题考查了有用功和额外功、机械效率的计算,关键是知道提升物体越重时拉力越大、滑轮组的机械效率越大.
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