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

【答案】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）已知物體的重力和拉力的大小，分別把重物提升相同的高度，再測出拉力移動的距離，根據(jù)公式η=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===45N，
乙圖中F₁?OB=F₂?OA，
所以F₂===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）第一步先測出甲圖中物體升高的高度h和繩子自由端移動的距離S₁，
第二步測出物體升高的高度h和拉力向下移動的距離S₂，
第三步根據(jù)公式根據(jù)公式η=得出機械效率的大小．
圖甲中，由于定滑輪不省力，所以F₁=G；
η_甲==．
圖乙中，在不計繩重、摩擦和動滑輪重的情況下，由動滑輪的工作特點和杠桿的平衡條件得：
F₂?OA=FB?OB，而FB=G，即F₂?OA=G?OB，由于OA=3OB，所以G=6F₂；
η_乙==．
故答案為：物體提升的高度和拉力移動的距離；；．
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．