Question

學習了簡單機械的有關知識后，小強同學自制了一種簡易升降晾衣架，它由四個定滑輪和兩個動滑輪組成，繩子的一段固定在天花板上，人用力拉繩子的自由端可以使晾衣架勻速上升，晾衣架在勻速上升過程中橫梁保持水平，如圖所示．將40N的衣物掛在晾衣架上，人拉繩的力為12.5N時，衣物勻速上升，忽略繩重及摩擦．求：
（1）此時該裝置的機械效率；
（2）將60N的衣物掛在晾衣架上，使其勻速上升1米，人所做的總功．

Answer 1

解：
（1）∵G=40N，F=12.5N，
∴該裝置的機械效率為：η======80%．
（2）∵G=40N，F=12.5N，設晾衣架橫梁（含動滑輪）的總重G_架，
由F=（G_架+G）可得：
晾衣架橫梁（含動滑輪）的總重力為：G_架=4F-G=4×12.5N-40N=10N；
而第二次提升物體的重力為：G_衣=60N，
∴此時的拉力為：F′=（G_架+G_衣）=×（10N+60N）=17.5N，
而物體上升的高度h=1m，則繩子末端移動的距離為：S=4h=4×1m=4m，
∴人做的總功為：W=FS=17.5N×4m=70J．
答：（1）此時該裝置的機械效率為80%．
（2）將60N的衣物掛在晾衣架上，使其勻速上升1米，人所做的總功為70J．
分析：（1）由圖可知，動滑輪上引出的承擔物重的繩子段數為4，知道物體的重力和人拉繩的拉力，可利用公式η====計算出滑輪組的機械效率．
（2）在（1）中知道物體的重力和人拉繩的拉力，設晾衣架橫梁（含動滑輪）的總重G_架，可利用公式F=（G_架+G）的公式變形計算出晾衣架橫梁（含動滑輪）的總重力，又知道第二次提升物體的重力，可利用公式F=（G_架+G_衣）計算出繩子自由端的力，知道物體上升的高度，從而可以計算出繩子末端移動的距離，再利用公式W=FS計算出人所做的總功．
點評：本題考查了機械效率、總功的計算，在滑輪組中，拉物體的力由幾根繩子承擔，則繩子自由端的力為拉物體的力的幾分之一，繩子移動的距離是物體移動的距離的幾倍．難點是判斷動滑輪上繩子的段數，利用好推導公式F=（G_架+G_衣）這是本題的關鍵．