Question

建筑工地上，工人們需要將一堆建材運到10m高處．姜榮同學設計安裝了如圖所示的裝置．裝置中每個滑輪重l00N．工人利用該裝置每次提升一塊重900N的建材，該工人拉繩子的速度是0.8m/s，在施工過程中：
（1）該工人提升建材時的有用功率是多少？
（2）該裝置的機械效率是多少？（不計繩重和摩擦）
（3）孫萍同學想用電動機做動力替代人工作，將該裝置改造成簡易的起重機（吊起物體的速度限定在0.4m/s）．她到倉庫找到了兩臺電動機，銘牌上的部分數據如下表所示，她要選用其中的一臺．請你幫助選擇，就你所選的電動機，說明如何使用該裝置才能做到合理配置．

型號	額定電壓	額定功率
DJ-Ⅰ	220V	0.8kW
DJ-Ⅱ	220V	3.0kW

Answer 1

解：（1）提升建材時所做的有用功：
W_有用=Gh=900N×10m=9000J；
建材上升速度：
v=
建材上升所用時間：

有用功功率：

（2）∵不計繩重和摩擦
∴人的拉力：

繩子自由端移動的距離：
s=2h=2×10m=20m
人所做的總功：
W_總=Fs=500N×20m=10000J
動滑輪的機械效率：
η=
（3）一次提升1塊建材有用功功率為360W，一次提升8塊建材，做功功率為2.88kW，選擇3kW的電動機，效率最高；一次提升2塊建材，做功功率為0.72kW，選擇0.8kW的電動機，效率最高．
答：（1）該工人提升建材時的有用功率是360W；
（2）該裝置的機械效率是90%；
（3）選擇3kW的電動機，一次提升8塊建材，效率最高；選擇0.8kW的電動機，一次提升2塊建材，效率最高．
分析：（1）知道一塊建材重和提升的高度，利用功的公式求有用功；再利用速度公式求做功時間，利用功率的公式求工人提升建材時的有用功率．
（2）知道拉力大小，求出拉力移動的距離，求出總功，再利用機械效率的公式求該裝置的機械效率；
（3）知道工人提升一塊建材時的有用功率，根據表格中提供的信息，判斷使用不同功率的電動機一次提升多少塊建材最合適．
點評：本題考查了速度的計算、功的計算、功率的計算、機械效率的計算，涉及到尋找合理的配置方法，知識點多，屬于難題．
注：
第（1）題也可以用：W_有用=Gh=900N×10m=9000J，
P==Fv=900N×v_拉=900N××0.8m/s=360N，
∴該工人提升建材時的有用功率是360W．