Question

5．如圖，質(zhì)量為60kg的工人用滑輪組提升重物，每個滑輪的重力均為50N．
（1）用滑輪組使重力為250N的物體勻速上升2m的過程中，人做的有用功為多少？
（2）若繩子能夠承受的最大拉力為400N，重物提升過程中繩子重和摩擦對應(yīng)的額外功始終占總功的10%．求滑輪組的最大機械效率．

Answer 1

分析 （1）知道物體的重力和上升的高度，根據(jù)W=Gh求出人做的有用功；
（2）由圖可知繩子的有效股數(shù)為2，繩端移動距離s和物體h之間的關(guān)系是s=nh，根據(jù)W=Fs表示出拉力做的總功，根據(jù)W=Gh表示出克服動滑輪重力做的功，繩子重和摩擦對應(yīng)的額外功始終占總功率的10%，根據(jù)總功等于有用功和額外功之和表示出其大小，根據(jù)η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%求出最大拉力時滑輪組的機械效率．

解答 解：（1）人做的有用功：
W_有=Gh=250N×2m=500J；
（2）當(dāng)以繩子能夠承受的最大拉力提升物體時，滑輪組的機械效率最大，
由圖可知n=2，s=nh，
拉力做的總功：
W_總=Fs=2Fh，
克服動滑輪重力做的額外功：
W_動=G_動h，
因重力提升過程中繩子重和摩擦對應(yīng)的額外功始終占總功的10%，
所以，重力提升過程中繩子重和摩擦對應(yīng)的額外功：
W_繩摩=10%W_總=10%×2Fh=0.2Fh，
滑輪組做的有用功：
W_有=W_總-W_動-W_繩摩=2Fh-G_動h-0.2Fh=1.8Fh-G_動h，
滑輪組的最大機械效率：
η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{1.8Fh-{G}_{動}h}{2Fh}$×100%=$\frac{1.8F-{G}_{動}}{2F}$×100%=$\frac{1.8×400N-50N}{2×400N}$×100%=83.75%．
答：（1）人做的有用功為500J；
（2）滑輪組的最大機械效率為83.75%

點評 本題考查了有用功和額外功、機械效率的計算，關(guān)鍵是知道提升物體越重時拉力越大、滑輪組的機械效率越大．