Question

如圖是一種居民樓電梯結(jié)構(gòu)的截面示意圖．A為電梯廂，廂底有兩個(gè)動(dòng)滑輪B，其功能相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)滑輪，使用兩個(gè)動(dòng)滑輪的好處是能幫助電梯保持穩(wěn)定．C為配重，起平衡作用．在拉力F作用下電梯廂能在電梯井口沿豎直通道上下運(yùn)行．現(xiàn)有10個(gè)人同時(shí)乘坐電梯（每個(gè)人的質(zhì)量均按60kg計(jì)算），電梯廂以0.5m/s的速度勻速上升時(shí)，拉力為F₁，F(xiàn)₁的功率P₁為10kW，動(dòng)滑輪B的機(jī)械效率為η₁；電梯廂運(yùn)行了12m后，從電梯中下去了5個(gè)人，此后電梯廂以0.5m/s的速度勻速上升時(shí)，拉力為F₂，F(xiàn)₂的功率為P₂，動(dòng)滑輪B的機(jī)械效率為η₂．（不計(jì)繩重及滑輪摩擦，g取10N/kg）
求：（1）η₁：η₂；
（2）拉力F₂的功率P₂．

Answer 1

分析：（1）知道電梯廂勻速上升的速度，可以求拉力F的速度，根據(jù)P=

W

t

=

Fs

t

=Fv求拉力F₁的大小，由圖可知n=2，拉力移動(dòng)的距離s=2h，求出乘客總重、有用功、總功，利用機(jī)械效率的公式求此時(shí)動(dòng)滑輪的機(jī)械效率η₁；
因?yàn)椴挥?jì)繩重及滑輪摩擦，利用F=

1

2

（G_物+G_輪）求動(dòng)滑輪重，假設(shè)上升高度為h，求出額外功，當(dāng)下去5人后額外功不變，求出此時(shí)的有用功、總功，再利用機(jī)械效率的公式求此時(shí)動(dòng)滑輪的機(jī)械效率η₂；最后求出機(jī)械效率的比值；
（2）利用F=

1

2

（G_物+G_輪）求F₂的大小，又知道速度v₂的大小，利用P=Fv求拉力F₂的功率P₂．

解答：解：（1）拉力F的速度為電梯廂上升速度的2倍
v₁=2v_廂=2×0.5m/s=1m/s
P₁=F₁v₁
F₁=

P1

v1

=

1×104W

1m/s

=1×10⁴N
η₁=

W有

W總

=

10G人?h

F1?2h

=

10×60hg×10N/hg

2×104N

=

3

10

；
設(shè)電梯廂和動(dòng)滑輪的總重為G'，則在不計(jì)繩重及滑輪摩擦?xí)r，有：
F₁=

10G人+G輪

2

，
G_輪=2F₁-10G_人=2×10⁴N-10×600N=1.4×10⁴N
當(dāng)電梯運(yùn)行12m，從電梯中下去5個(gè)人后，動(dòng)滑輪B的機(jī)械效率為：
η₂=

W有

W總

=

W有

W有+W額

=

5G人h

5G人h+G輪h

=

5G人

5G人+G輪

=

5×600N

5×600N+1.4×104N

=

3

17

所以η₁：η₂=

3

10

：

3

17

=17：10；
（2）拉力大小：
F₂=

5G人+G輪

2

=

5×600N+1.4×104N

2

=8.5×10³N
拉力F₂的功率：
P₂=F₂v₂=F₂×2v_廂=8.5×10³N×2×0.5m/s=8.5×10³W．
答：（1）η₁：η₂=17：10；
（2）拉力F₂的功率P₂為8.5×10³W．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了使用滑輪組時(shí)有用功、總功、機(jī)械效率的計(jì)算方法，因?yàn)椴挥?jì)繩重及滑輪摩擦，能用好兩個(gè)公式{拉力F=

1

2

（G_物+G_輪）、W_額=G_輪h）是本題的關(guān)鍵．