Question

16．在一次物理课上，小明利用老师提供的完全相同的动滑轮，设计了如图所示的实验装置，当它下端挂一个20N的重物时，测得绳子自由端的拉力为8N，绳子自由端移动的距离为8m，请你帮他解决以下几个问题（不计绳重和摩擦）
（1）物体移动的距离；
（2）该装置的机械效率；
（3）动滑轮的重力．

Answer 1

分析 （1）由滑轮组的结构知道两个动滑轮是分离的，则分别判断即可得出s=2×2h=4h，据此即可求出物体向上移动的距离；
（2）利用W=Gh求出有用功，利用W=Fs求出总功，再利用η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%求滑轮组的机械效率；
（3）求出额外功，由于不计绳重和摩擦，额外功主要是克服动滑轮的重力所做的功，则根据W=Gh即可求出动滑轮的重力；
也可以根据物体的受力平衡合力为零列出等式即可求出动滑轮的重力．

解答 解：（1）由图可知：滑轮组中的两个动滑轮，需要分别研究，则s=2×2×h，
所以，h=$\frac{1}{4}$s=$\frac{1}{4}$×8m=2m；
（2）W_总=FS=8N×8m=64J，
W_有Gh=20N×2m=40J；
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{40J}{64J}$×100%=62.5%；
（3）方法一：W_额=W_总-W_有=64J-40J=24J，
由W_额=G_动h+G_动2h可得：
G_动=$\frac{{W}_{额}}{3h}$=$\frac{24J}{6m}$=4N；
方法二：由受力分析可得：F=$\frac{\frac{G+{G}_{动}}{2}+{G}_{动}}{2}$；
所以，G_动=$\frac{4F-G}{3}$=$\frac{4×8N-20N}{3}$=4N．
答：（1）物体移动的距离为2m；
（2）该装置的机械效率为62.5%；
（3）动滑轮的重力为4N．

点评 本题考查了使用滑轮组拉力的计算、机械效率、功率的计算，本题关键是注意两个动滑轮不是组合在一起使用的．