Question

2．如圖所示是小清家的一種手搖升降晾衣架示意圖，它由4個(gè)定滑輪和兩個(gè)動(dòng)滑輪組成，繩子的尾端繞在一個(gè)固定在墻壁的旋輪上，旋轉(zhuǎn)搖柄可以使晾衣架升降．小清將50N的衣物掛在晾衣架上后，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)搖柄損壞無法使用，小清直接用手在鋼絲繩上的A點(diǎn)施加豎直向下25N的力，使衣物勻速上升，不計(jì)鋼絲繩的重和摩擦力，上升過程中衣架橫梁始終保持水平．求：
（1）此時(shí)該裝置的機(jī)械效率；
（2）第二次將80N的衣物掛在晾衣架上，使衣物勻速上升 0.5 米，小清仍然是直接豎直向下拉鋼絲繩，求第二次小清拉力做了多少功．
（3）與直接用手拉鋼絲繩比，請(qǐng)寫出使用旋轉(zhuǎn)搖柄的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)．

Answer 1

分析 （1）由圖知，通過動(dòng)滑輪繩子的段數(shù)n=4，由η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{G}{nF}$計(jì)算該裝置的機(jī)械效率；
（2）由F=$\frac{1}{n}$（G+G_滑）計(jì)算動(dòng)滑輪重，再計(jì)算第二次小清拉鋼絲繩的力，由W=Fs=Fnh計(jì)算第二次小清拉力做的功；
（3）旋轉(zhuǎn)搖柄的實(shí)質(zhì)是一個(gè)輪軸由此分析其優(yōu)點(diǎn)．

解答 解：
（1）由圖知，通過動(dòng)滑輪繩子的段數(shù)n=4，
直接用手拉鋼繩時(shí)，該裝置的機(jī)械效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{G}{nF}$×100%=$\frac{50N}{4×25N}$×100%=50%；
（2）不計(jì)鋼絲繩的重和摩擦力，F(xiàn)=$\frac{1}{n}$（G+G_滑），
當(dāng)提起50N的衣物時(shí)，可得動(dòng)滑輪重：
G_滑=4F-G=4×25N-50N=50N，
當(dāng)?shù)诙�次提�?0N衣物時(shí)，拉鋼繩的力：
F'=$\frac{1}{4}$（G'+G_滑）=$\frac{1}{4}$×（80N+50N）=32.5N，
所以第二次小清拉力做的功：
W=Fs=F'nh=32.5N×4×0.5m=65J；
（3）由圖知，旋轉(zhuǎn)搖柄的實(shí)質(zhì)是一個(gè)輪軸，人手作用在輪上可以省力．
答：（1）此時(shí)該裝置的機(jī)械效率為50%；
（2）第二次小清拉力做了65J功；
（3）與直接用手拉鋼絲繩比，使用旋轉(zhuǎn)搖柄可以省力．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了滑輪組的機(jī)械效率、功和對(duì)輪軸的認(rèn)識(shí)和理解，正確找到通過動(dòng)滑輪繩子的段數(shù)，用好F=$\frac{1}{n}$（G+G_滑）是解題的關(guān)鍵．