题目内容

2.在生产中,人们往往用的是由杠杆、滑轮等简单机械组合而成的复杂机械.在一次综合实践活动中,小明同学分别用一轻质杠杆(O为支点,OA=3OB)、一只滑轮和一些细绳构成的组合机械来提升重120N的物体.他先单独使用一个动滑轮来提升重物如图甲所示,然后又用动滑轮和杠杆组成的组合机械来提升重物,如图乙所示.

(1)在不计机械重,绳重,部件间摩擦时,F1=60N,F2=20N.
(2)若用n股绳子组成如图丙所示的滑轮组,提起重力为G的物体,若动滑轮的重力为G动,忽略轴间摩擦和绳重,求证:当提起的重物重力G变大时,滑轮组的机械效率也变大.

分析 (1)甲图动滑轮上有两端绳子,拉力是重力的一半,乙图中,已知动滑轮上拉力的大小,根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2,可求拉力F2的大小.比较两拉力的大小,就可得出使用乙图组合机械的好处;
(2)忽略摩擦及绳重时,额外功为克服动滑轮的重力所做的功,有用功和额外功的和为总功,再根据滑轮组的机械效率得出表达式,进一步得出结论

解答 解:(1)甲图拉力是重力的一半,F1=$\frac{G}{2}$=$\frac{120N}{2}$=60N,
乙图中F1•OB=F2•OA,
所以F2=$\frac{{F}_{1}×OB}{OA}$=$\frac{60N}{3}$=20N.
很明显60N>20N,所以使用乙图组合机械的好处是可以更加省力;
(2)忽略摩擦及绳重时,额外功为克服动滑轮的重力所做的功,滑轮组的机械效率:
η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{有用}+{W}_{额}}$=$\frac{Gh}{Gh+{G}_{动}h}$=$\frac{G}{G+{G}_{动}}$=$\frac{1}{1+\frac{{G}_{动}}{G}}$,
所以当提升的物体重力增大时,滑轮组机械效率增大.
答:(1)60N;20N;
(2)推导说明如上所示.

点评 本题考查滑轮组绳子拉力的计算和机械效率的计算,关键是根据杠杆的平衡条件求拉力的大小.

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