Question

在生產(chǎn)中，人們往往用的是由杠桿、滑輪等簡(jiǎn)單機(jī)械組合而成的復(fù)雜機(jī)械．在一次綜合實(shí)踐活動(dòng)中，王剛同學(xué)分別用一輕質(zhì)杠桿（O為支點(diǎn)，OA=3OB）、一只滑輪和一些細(xì)繩構(gòu)成的組合機(jī)械來提升重90N的物體．王剛在實(shí)踐活動(dòng)中是這樣做的：他先單獨(dú)使用一個(gè)動(dòng)滑輪來提升重物如圖甲所示，然后又用動(dòng)滑輪和杠桿組成的組合機(jī)械來提升重物，如圖乙所示．
（1）在不計(jì)機(jī)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(jī)械的好處是

 

．
（2）請(qǐng)你幫他設(shè)計(jì)出一種能省距離的組合機(jī)械，請(qǐng)把設(shè)計(jì)方案圖畫在下面的方框內(nèi)．

（3）王剛在實(shí)驗(yàn)中突然提出這樣一個(gè)問題，使用乙圖的組合機(jī)械與使用甲圖的動(dòng)滑輪相比，它的機(jī)械效率是否發(fā)生改變呢？
㈠為了比較甲、乙兩機(jī)械效率的大小，需要測(cè)量的量有：

 

．
㈡機(jī)械效率η_甲=

 

，η_乙=

 

．（用測(cè)量的量來表示）

Answer 1

分析：（1）甲圖動(dòng)滑輪上有兩端繩子，拉力是重力的一半，乙圖中，已知?jiǎng)踊�輪上拉力的大小，根�?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(jī)械的好處，
（2）乙圖設(shè)計(jì)的是省力的組合機(jī)械，減小杠桿的動(dòng)力臂，增大杠桿的阻力臂，即可改為能省距離的組合機(jī)械．
（3）物體的重力為G和拉力為F，重物提升的高度為h，拉力作用點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的距離為s，根據(jù)公式η=

W有用

W總

=

Gh

Fs

即可得出兩裝置的機(jī)械效率．

解答：解：（1）甲圖拉力是重力的一半，F(xiàn)₁=

G

2

=

90N

2

=45N，
乙圖中F₁?OB=F₂?OA，
所以F₂=

F1?OB

OA

=

45N

3

=15N．
很明顯45N＞15N，所以使用乙圖組合機(jī)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(dòng)力臂，即可改為能省距離的組合機(jī)械．如圖：

（3）測(cè)出物體的重力G，F(xiàn)₁的大小，圖乙中物體上升的距離h，F(xiàn)₂的大小，A點(diǎn)下降的距離l拉力．
甲圖中，所以繩子自由端移動(dòng)的距離s₁=nh₁，其機(jī)械效率η_甲=

W甲有用

W甲總

=

Gh1

F1s1

=

Gh

F1nh

=

G

nF1

．
圖乙中，機(jī)械效率η_乙=

W乙有用

W乙總

=

Gh

F2l

．
故答案為：物體重力G，F(xiàn)₁的大小，圖乙中物體上升的距離h，F(xiàn)₂的大小，A點(diǎn)下降的距離l；

G

nF1

；

Gh

F2l

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查滑輪組繩子拉力的計(jì)算和機(jī)械效率的計(jì)算以及滑輪組的設(shè)計(jì)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(diǎn)是設(shè)計(jì)省距離的組合機(jī)械．