Question

11．近几年来，各省市为了使自己城市被评为环保模范城市，各市政府利用巨款投资与民生工程，对背街小巷实施景观改造，图1中是一些保洁工人正在清洗某高楼的外墙，助手站在地上向借助图2所示的滑轮组装置，把保洁器材送往空中作业的同伴身边，已知保洁器材重220N，动滑轮重20N，保洁器材在拉力的作用下5s匀速上升了2m．（不计绳和滑轮之间的摩擦，绳子的承重力足够大）请你完成下列问题：
（1）请你在图中帮助他画出绳子的绕线方法．
（2）拉力F做功的功率是多大？
（3）滑轮组的机械效率是多大？
（4）保洁工人在擦桌子的时候，不小心将水洒在桌子上，他拿出了一张信纸去擦，结果没有擦干，他的同事拿出一张餐巾纸去擦，立刻将水擦干．根据上述情景，请你和保洁工人一起提出一个物理探究课题．
探究课题：纸的吸水能力与纸的种类的关系．

Answer 1

分析 （1）省力多少和绳子的绕法，决定滑轮组的使用效果，要向下拉物体向上移动，则应从定滑轮开始绕．
（2）利用F=$\frac{1}{2}$（G_物+G_动）求出拉力，利用s=2h求出绳子自由端移动的距离，再利用W=Fs计算拉力所做的功，最后利用P=$\frac{W}{t}$计算功率；
（3）利用W=Gh求出有用功，再利用η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$求解机械效率．
（4）根据信纸没有擦干、餐巾纸立刻将水擦干可知，不同种类的纸吸水的能力不同，据此提出问题．

解答 解：（1）要人向下用力拉动绳子使物体向上运动，绳子应从定滑轮开始绕，或者从绳子自由端向上从外向里绕最后固定在定滑轮上．如图所示：

（2）由图可知，n=2，不计绳和滑轮之间的摩擦，
则拉力F=$\frac{1}{2}$（G_物+G_动）=$\frac{1}{2}$（220N+20N）=120N，
绳子自由端移动的距离s=2h=2×2m=4m，
则拉力做的功：W_总=Fs=120N×4m=480J，
拉力F做功的功率是：P=$\frac{{W}_{总}}{t}$=$\frac{480J}{5s}$=96W；
（3）有用功：W_有用=G_物h=220N×2m=440J，
则η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{440J}{480J}$×100%≈91.7%；
（4）保洁工人在擦桌子的时候，不小心将水洒在桌子上，他拿出了一张信纸去擦，结果没有擦干，他的同事拿出一张餐巾纸去擦，立刻将水擦干．根据上述情景，可提出的物理探究课题为：纸的吸水能力与纸的种类的关系．
答：（1）见解答图；
（2）拉力F做功的功率是96W；
（3）滑轮组的机械效率是91.7；
（4）纸的吸水能力与纸的种类的关系．

点评 此题主要考查了滑轮组的组装情况、滑轮组绳子拉力的计算、功和功率、机械效率的计算等，是一道综合性很强的题目，有一定难度，关键是各种公式的灵活运用．