Question

【題目】山東臨淄管仲紀念館內有一口銅鐘，質量為2t. 2013年4月，一男子鉆到鐘下玩耍，其他游客轉動銅鐘導致懸掛鐘的繩索被扭斷，該男子被困于鐘內．聞訊趕到的消防員們迅速組裝好滑輪組、站在地面一起向下拉繩將銅鐘吊起，該男子趁機從鐘下爬出脫困．(g取10N/kg)

問：

(1)消防員們站在地面一起向下拉繩將銅鐘吊起，請畫出最省力的繩子繞法．

(2)消防員們在繩子自由端共施加4000N的力，使銅鐘在1min內勻速緩慢上升60cm，請計算繩子自由端拉力做功的功率．

(3)此過程中滑輪組的機械效率是多少？

Answer 1

【答案】（1）

（2）拉力的功率為240W；（3）滑輪組的效率為83.3%．

【解析】

解（1）承重繩子的有效股數越多越省力，滑輪組繞法如右圖所示．

（2）由圖示滑輪組可知，承重繩子的有效股數：

n=6，

繩子自由端移動的距離：

s=nh=6×0.6m=3.6m，

拉力做的功：

W總=Fs=4000N×3.6m=14400J，

拉力的功率：

P==240W；

（3）有用功：

W有用=Gh=mgh=2000kg×10N/kg×0.6m=12000J，

滑輪組的效率：

η=≈83.3%；

答：（1）滑輪組繞法如圖所示；（2）拉力的功率為240W；（3）滑輪組的效率為83.3%．