Question

13．小然同学用如图所示的滑轮组匀速提升重120N的口袋，拉绳的力为80N．在10s内将口袋提升了1m．（不计摩擦）
（1）利用这些数据，根据所学物理公式，写出可求的物理量．（至少写出3个）
（2）小然为了探究提高滑轮组的效率η的途径，他用同一个滑轮组提升重240N的口袋（不计摩擦）．此时滑轮组的机械效率为多少？
（3）根据前后两次提物，小然初步可以得出结论：用同一滑轮组提升不同重物时，物体越重，机械效率越越高．

Answer 1

分析 （1）已知口袋重和提升的高度，利用W=Gh求有用功，又知道做功时间，利用功率公式求有用功功率；知道拉力大小，求出拉力移动的距离，利用W=Fs求总功；根据效率公式求滑轮组的机械效率；
（2）由滑轮组公式求出动滑轮的重力，然后应用效率公式求出滑轮组效率．
（3）比较两次滑轮组的效率，然后得出结论．

解答 解：（1）由图示滑轮组可知，承重绳子的股数：n=2．
①绳自由端拉下的距离：s=2h=2×1m=2m；
②有用功：W_有用=Gh=120N×1m=120J；
③有用功功率：
P_有用=$\frac{{W}_{有用}}{t}$=$\frac{120J}{10s}$=12W，
④总功：W_总=Fs=80N×2m=160J；
⑤滑轮组的机械效率：η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{120J}{160J}$×100%=75%；
（2）由F=$\frac{{G}_{重物}+{G}_{动滑轮}}{n}$可知，
动滑轮的重力：G_动滑轮=nF-G_重物=2×80N-120N=40N，
滑轮组的机械效率：
η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{有用}+{W}_{额外}}$×100%=$\frac{Gh}{Gh+{G}_{动滑轮}h}$×100%=$\frac{G}{G+{G}_{动滑轮}}$×100%=$\frac{240N}{240N+40N}$×100%≈85.7%；
答：（1）计算出的与此题相关的物理量为：①绳自由端拉下的距离为2m；②有用功为120J；③有用功功率为12W；④总功为160J；⑤滑轮组的机械效率是75%；
（2）他用同一个滑轮组提升重240N的口袋（不计摩擦），此时滑轮组的机械效率为85.7%；
（3）根据前后两次提物可知：用同一滑轮组提升不同重物时，物体越重，机械效率越越高．

点评 第一问为答案开放型题，主要考查重力、有用功、总功、机械效率的计算，虽知识点多，但属于基础内容；
第二问要知道提高滑轮组效率的方法：一是减小额外功（如减小摩擦等），二是增大提升的物体重．