Question

如圖所示，為“測量滑輪組機械效率”的實驗裝置，鉤碼總質(zhì)量為0.6kg，小明用2.4N的拉力豎直向上勻速拉動細繩（繩重和摩擦忽略不計，g取10N/kg）．
（1）若鉤碼2s內(nèi)上升0.1m，則鉤碼上升的速度為多少？
（2）小明拉力做功的功率的是多少？該滑輪組的機械效率是多少？（結(jié)果保留一位小數(shù)）
（3）當鉤碼總重力為12N時，該滑輪組的機械效率為多大？（結(jié)果保留一位小數(shù)）．

Answer 1

解：（1）鉤碼在2s內(nèi)上升0.1m，故鉤碼上升的速度為V===0.05m/s；
（2）由滑輪組結(jié)構(gòu)得出承擔物重的繩子股數(shù)n=3，則s=3h=3×0.1m=0.3m；
此時拉力做的功是：W_總=FS=2.4N×0.3m=0.72J；
故此時的功率是：P===0.36W；
此時鉤碼的重力是：G=mg=0.6kg×10N/kg=6N；
故有用功是：W_有=FS=Gh=6N×0.1m=0.6J
故此時的機械效率是：η==×100%=83.3%．
（3）在不計繩重和摩擦的情況下，動滑輪的重力是：
G_動=nF-G=3×2.4N-6N=1.2N；
假設(shè)鉤碼上升的高度是hm，所以當鉤碼總重力為12N時的有用功是：W_有=FS=Gh=12N×hm=12hJ
此時動滑輪上升的高度是hm，故額外功是：W_額=FS=G_動h=1.2N×hm=1.2hJ
所以總功是：W_總=W_有+W_額=12hJ+1.2hJ=13.2hJ；
故此時的機械效率是：η==×100%=90.9%．
答：（1）若鉤碼2s內(nèi)上升0.1m，則鉤碼上升的速度為0.05m/s；（2）小明拉力做功的功率0.36W；該滑輪組的機械效率是83.3%；（3）當鉤碼總重力為12N時，該滑輪組的機械效率90.9%．
分析：（1）知道此時鉤碼上升的高度和上升的時間，據(jù)公式V=可計算出此時鉤碼上升的速度．
（2）由滑輪組結(jié)構(gòu)得出承擔物重的繩子股數(shù)n=3，則s=3h，利用W_總=Fs求拉力做功，再利用功率公式求拉力做功功率；
先計算出鉤碼的重力，而后據(jù)W_有用=Gh計算出有用功，再據(jù)上面所計算的總功結(jié)合機械效率的計算公式即可計算出此時的機械效率．
（3）據(jù)鉤碼的重力和繩子自由端的拉力可計算出動滑輪的重力，由于該題中繩重和摩擦忽略不計，所以對動滑輪所做的功是額外功，對鉤碼做的功是有用功，故據(jù)額外功和有用功可計算出總功，進而可計算出此時的機械效率．
點評：該題考查了速度、功率、機械效率的計算，能理清題意，并能看出該題中的動滑輪的自身重不變是解決該題的關(guān)鍵．