Question

17．表是小明測(cè)一滑輪組機(jī)械效率時(shí)收集的有關(guān)數(shù)據(jù)．

	動(dòng)滑輪重 G動(dòng)/N	物重 G/N	鉤碼上升 高度h/m	動(dòng)力 F/N	動(dòng)力作用點(diǎn)移 動(dòng)距離s/m	滑輪組的 機(jī)械效率η
1	0.5	1	0.1	0.7	0.3	47.6%
2	0.5	2	0.1	1.1	0.3	60.6%
3	0.5	4	0.1	2	0.3

（1）請(qǐng)?jiān)趫D1中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)中滑輪組的繞繩方法．
（2）表格中空白處的數(shù)據(jù)為66.7%．
（3）進(jìn)一步分析可知，在動(dòng)滑輪重和繩重一定的情況下，該滑輪組的機(jī)械效率與物重和摩擦有關(guān)．
（4）第一次實(shí)驗(yàn)中，鉤碼上升0.1m所用的時(shí)間為1.5s，則動(dòng)力的功率為0.14W．
（5）該實(shí)驗(yàn)中用到的彈簧測(cè)力計(jì)量程為0-5N，只考慮滑輪重情況下，該滑輪組最高機(jī)械效率為96.7%．
（6）接著小明用如圖2所示的輕質(zhì)滑輪組勻速拉動(dòng)水平地面上重為300N的物體，拉力F的大小為30N．若A處的拉力大小為45N，則滑輪組的機(jī)械效率為75%．

Answer 1

分析 （1）先根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，分析確定承擔(dān)物重的繩子的段數(shù)，然后再進(jìn)行繞繩；
（2）利用公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{Gh}{Fs}$可求出表格中滑輪組的機(jī)械效率；
（3）滑輪組做的額外功為克服動(dòng)滑輪重力和繩子間的摩擦力做的功，摩擦力與繩子間的拉力和接觸面的粗糙程度有關(guān)，因此提的物體越重，摩擦力越大，額外功也會(huì)變大；
（4）動(dòng)力的功率應(yīng)該用動(dòng)力所做的功，除以做功的時(shí)間，即運(yùn)用公式P=$\frac{W}{t}$來(lái)計(jì)算．
（5）根據(jù)彈簧測(cè)力計(jì)的量程確定作用在滑輪組繩子上的最大拉力，根據(jù)動(dòng)滑輪重，求出滑輪組提升物體的最大重力，然后根據(jù)公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{Gh}{Fs}$求出滑輪組的最高機(jī)械效率；
（6）物體在水平地面上做勻速運(yùn)動(dòng)，則此時(shí)A處繩子的拉力與物體與地面之間的摩擦力是一對(duì)平衡力，知道A處的拉力大小，從而可以計(jì)算出物體和地面之間摩擦力的大��；本題中使用滑輪組水平拉動(dòng)物體，拉力F所做的功為總功，克服物體摩擦力所做的功為有用功，從圖可知，由2段繩子與動(dòng)滑輪相連，則s=2s_物，可利用公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{f{s}_{物}}{Fs}$=$\frac{f{s}_{物}}{F×2{s}_{物}}$=$\frac{f}{2F}$計(jì)算出滑輪組的機(jī)械效率．

解答 解：
（1）分析表中數(shù)據(jù)可知，動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離s是鉤碼上升高度h的3倍，說(shuō)明由三段繩子承擔(dān)物重，故滑輪組的繞線情況如下圖所示：

（2）將表格中的相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{4N×0.1m}{2N×0.3m}$×100%≈66.7%；
（3）分析表中的數(shù)據(jù)可以得到結(jié)論是，在動(dòng)滑輪重和繩重一定的情況下，物體的重力大小會(huì)影響有用功，摩擦力大小會(huì)影響額外功，所以滑輪組的機(jī)械效率與物重和摩擦有關(guān)；
（4）鉤碼上升0.1m時(shí)，動(dòng)力端移動(dòng)的距離為0.3m，則動(dòng)力所做的功W=Fs=0.7N×0.3m=0.21J，
則動(dòng)力的功率為：P=$\frac{W}{t}$=$\frac{0.21J}{1.5s}$=0.14W．
（5）該實(shí)驗(yàn)中用到的彈簧測(cè)力計(jì)量程為0-5N，可知作用在滑輪組繩子上的最大拉力為5N，由三段繩子承擔(dān)物重，
所以物體的最大重力為：G=3F-G_動(dòng)=3×5N-0.5N=14.5N，
在只考慮滑輪重情況下，該滑輪組最高機(jī)械效率為：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{G}{nF}$=$\frac{14.5N}{3×5N}$×100%=96.7%；
（6）物體在水平地面上做勻速運(yùn)動(dòng)，則此時(shí)A處繩子的拉力與物體與地面之間的摩擦力是一對(duì)平衡力，
已知，A處的拉力大小為F=45N，
由平衡條件得：物體和地面之間摩擦力為：f=F=45N；
從圖可知，由2段繩子與動(dòng)滑輪相連，則S=2s_物，
滑輪組的機(jī)械效率為：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{f{s}_{物}}{Fs}$=$\frac{f{s}_{物}}{F×2{s}_{物}}$=$\frac{f}{2F}$=$\frac{45N}{3×30N}$×100%=75%．
故答案為：（1）見(jiàn)上圖；（2）66.7%；（3）物重；摩擦；（4）0.14；（5）96.7%；（6）75%．

點(diǎn)評(píng) 本題中考查的內(nèi)容較為全面，包括給滑輪組進(jìn)行正確的繞線，利用機(jī)械效率的公式進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，利用功率的公式進(jìn)行計(jì)算，滑輪組機(jī)械效率大小影響因素的分析，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的全面分析等，都是我們應(yīng)該掌握的基本知識(shí)，需要重點(diǎn)把握、細(xì)心作答．