Question

在生產(chǎn)中，人們往往用的是由杠桿、滑輪等簡單機械組合而成的復(fù)雜機械．在一次綜合實踐活動中，王剛同學(xué)分別用一輕質(zhì)杠桿（O為支點，OA=3OB）、一只滑輪和一些細繩構(gòu)成的組合機械來提升重90N的物體．王剛在實踐活動中是這樣做的：他先單獨使用一個動滑輪來提升重物如圖甲所示，然后又用動滑輪和杠桿組成的組合機械來提升重物，如圖乙所示．
（1）在不計機械重，繩重，部件間摩擦?xí)r，F(xiàn)₁=

 

N，F(xiàn)₂=

 

N．比較F₁、F₂可以看出，使用乙圖組合機械的好處是

 

．
（2）請你幫他設(shè)計出一種能省距離的組合機械，請把設(shè)計方案圖畫在下面的方框內(nèi)．

（3）王剛在實驗中突然提出這樣一個問題，使用乙圖的組合機械與使用甲圖的動滑輪相比，它的機械效率是否發(fā)生改變呢？
㈠為了比較甲、乙兩機械效率的大小，需要測量的量有：

 

．
㈡機械效率η_甲=

 

，η_乙=

 

．（用測量的量來表示）

Answer 1

分析：（1）甲圖動滑輪上有兩端繩子，拉力是重力的一半，乙圖中，已知動滑輪上拉力的大小，根據(jù)杠桿平衡條件F₁L₁=F₂L₂，可求拉力F₂的大小．比較兩拉力的大小，就可得出使用乙圖組合機械的好處，
（2）乙圖設(shè)計的是省力的組合機械，減小杠桿的動力臂，增大杠桿的阻力臂，即可改為能省距離的組合機械．
（3）物體的重力為G和拉力為F，重物提升的高度為h，拉力作用點運動的距離為s，根據(jù)公式η=

W有用

W總

=

Gh

Fs

即可得出兩裝置的機械效率．

解答：解：（1）甲圖拉力是重力的一半，F(xiàn)₁=

G

2

=

90N

2

=45N，
乙圖中F₁?OB=F₂?OA，
所以F₂=

F1?OB

OA

=

45N

3

=15N．
很明顯45N＞15N，所以使用乙圖組合機械的好處是可以更加省力．
故答案為：45，15，可以更加省力．
（2）使杠桿的阻力臂大于動力臂，即可改為能省距離的組合機械．如圖：

（3）測出物體的重力G，F(xiàn)₁的大小，圖乙中物體上升的距離h，F(xiàn)₂的大小，A點下降的距離l拉力．
甲圖中，所以繩子自由端移動的距離s₁=nh₁，其機械效率η_甲=

W甲有用

W甲總

=

Gh1

F1s1

=

Gh

F1nh

=

G

nF1

．
圖乙中，機械效率η_乙=

W乙有用

W乙總

=

Gh

F2l

．
故答案為：物體重力G，F(xiàn)₁的大小，圖乙中物體上升的距離h，F(xiàn)₂的大小，A點下降的距離l；

G

nF1

；

Gh

F2l

．

點評：本題考查滑輪組繩子拉力的計算和機械效率的計算以及滑輪組的設(shè)計與組裝，關(guān)鍵是根據(jù)杠桿的平衡條件求拉力的大小，難點是設(shè)計省距離的組合機械．