Question

如圖所示是小明同學測滑輪組機械效率的實驗裝置圖．他在2s內做了2.4J的有用功使重物勻速上升了0.4m，不計繩重及摩擦．請你回答：
（1）拉力做功的功率？
（2）該滑輪組的機械效率是多少？
（3）若用該滑輪組將20N的重物提高0.4m，拉力做的總功是多少？

Answer 1

解：從圖可知，動滑輪由3段承擔．
（1）由圖可知，彈簧測力計的分度值是0.5N，指針指在2N到3N之間，所以小明所用的拉力F=2.5N，
而h=0.4m，
則拉力移動的距離為：s=3h=3×0.4m=1.2m，
∴拉力做的總功為：W_總=Fs=2.5N×1.2m=3J，
拉力做功的功率為：P===1.5W．
答：拉力的功率是1.5W．
（2）∵W_有用=2.4J；
∴滑輪組機械效率為：η===80%．
答：該滑輪組的機械效率是80%．
（3）∵W_有用=2.4J，h=0.4m，
∴物體的重力為：G_物===6N，
不考慮繩重及摩擦，F=（G_物+G_輪），
而拉力F=2.5N，
∴動滑輪的重力為：G_輪=3F-G_物=3×2.5N-6N=1.5N，
當重物的重力為20N時，此時的拉力F=（G_物+G_輪）=×（20N+1.5N）=N，
又∵s=3h=3×0.4m=1.2m，
∴此時拉力做的總功為：W_總=FS=N×1.2m=8.6J．
答：若用該滑輪組將20N的重物提高0.4m，拉力做的總功是8.6J．
分析：首先根據動滑輪由幾段承擔，來確定滑輪組的繩子段數，然后根據公式逐個計算．
（1）彈簧測力計示數即可讀出小明所用的拉力，知道重物上升的高度，從而可以計算出拉力移動的距離，根據公式W=FS求出總功，再利用公式P=求出拉力做功的功率．
（2）知道小明做的有用功和總功，可利用公式η=計算滑輪組機械效率．
（3）不考慮繩重及摩擦，知道有用功和重物上升的高度，可利用公式G=計算出物體的重力，知道拉力為2.5N，利用F=（G_物+G_輪）求動滑輪重，再利用該公式求提升20N重物時的拉力，最后利用公式W=FS計算出拉力做的總功．
點評：本題所涉及到的公式特別多，要根據滑輪組確定繩子段數n，然后利用公式認真計算，在計算過程中，要注意單公式變形問題；對同一滑輪組來說，被提升重物的重，機械效率越高．