Question

簡單機械的應用
保潔工人要清洗高樓的外墻，他的同伴站在地面上，使用了如圖13所示的裝置對它進行升降．已知該保潔工的質量為60kg，保潔器材的質量為20kg，他同伴對繩的拉力為500N，吊籃在拉力的作用下1min勻速上升了10m，繩的最大承受拉力為600N，動滑輪和吊籃一共所受的重力為100N，求：
（1）不計摩擦，此滑輪組最多能提起

1200

N的物體．
（2）請你畫出吊籃所受力的示意圖．
（3）這個滑輪組的機械效率是多大？
（4）小明和同學們還想要了解機械效率與哪些因素有關．為此同學們進行了有關斜面的機械效率的探究．
在探究斜面的機械效率時，同學們運用了如圖14所示的實驗裝置，進行了有關實驗，并得出如下的結論：如果斜面的光滑程度一樣，斜面的長度S和小車的重保持不變，通過改變其高度h的方法測得的機械效率，其機械效率是不同的．

這時有的同學提出：如果保持斜面的高度、長度和光滑程度不變，改變小車的速度、小車的重力，是否會影響它的機械效率呢？
大家積極思考，提出了各種猜想，概括起來有如下幾種：
猜想1：可能與勻速拉動的速度大小有關．
猜想2：可能與小車的重力有關．
猜想3：可能與勻速拉動的速度大小和小車的重力都有關．
各小組分別根據各自的猜想進行了探究，實驗記錄如下表．
蘭蘭小組的實驗記錄

物理量 　變化因素	小車重力/N	繩端拉力/N	機械效率
較小速度	10	4.2	79.4%
較大速度	10	4.2	79.4%
探究結果

芳芳小組的實驗記錄

物理量 變化因素	小車重力/N	繩端拉力/N	機械效率
大致相同的拉動速度	10	4.2	79.4%
	15	6.0
探究結果

請你將上述兩個表格填寫完整．

Answer 1

分析：（1）知道繩的最大承受拉力，不計摩擦，利用F=

1

2

G求最多能提起的物體重．
（2）吊藍受到自身的重力、繩子的拉力、人和保潔器材的壓力的作用，重力的方向豎直向下，拉力的方向豎直向上，壓力的方向垂直向下．
（3）對人和器材做的功為有用功，拉力做的功為總功，利用效率公式求滑輪組的機械效率．
（4）①芳芳的實驗中，斜面的高度h、長度S、斜面的光滑程度不變，斜面機械效率的計算公式：η=

W有用

W總

×100%=

Gh

FS

×100%；根據第一次測量和計算結果計算出斜面的高度和長度的比值，代入公式就可以計算出第2次實驗的機械效率．
②注意分析蘭蘭、芳芳所測的物理量，注意變化的量和不變的量，同時注意觀察機械效率是否變化，若變化的話是由哪個物理量引起的，從而得出正確的結論．

解答：解：（1）由圖知，n=2，
∵不計摩擦，
∴F=

1

2

G，
即：600N=

1

2

G，
∴G=1200N；
故答案為：1200．
（2）吊藍受到自身的重力、繩子的拉力、人和器材的壓力的作用，作用點在吊籃底部的中心上，過作用點分別作出這三個力，如下圖所示：

（3）W_有=Gh=（m_人+m_器材）gh=（60kg+20kg）×10N/kg×10m=8000J，
s=2h=2×10m=20m，
W_總=Fs=500N×20m=10000J，
η=

W有用

W總

=

8000J

10000J

×100%=80%．
答：這個滑輪組的機械效率是80%．
（4）①芳芳第1次實驗中：η=

Gh

FS

，代入相關數據，
∴斜面高度和長度的比值：

h

S

=

ηF

G

=

79.4%×4.2N

10N

=0.33348
∴第2次實驗的機械效率：η′=

G′

F′

×

h

S

=

15N

6.0N

×0.33348×100%=83.37%
②蘭蘭小組：由表格中數據知，兩次被提升小車的重力相同，第二次比第一次提升的速度大，兩次測量的機械效率相同，所以可以看出機械效率與物體被提升的高度無關．
芳芳小組：兩次實驗物體被提升的速度相同，第二次提升小車的重力大，機械效率也高，所以可以看出機械效率與被提升物體的重力有關．
故答案為：
蘭蘭小組的實驗記錄

物理量 　變化因素	小車重力/N	繩端拉力/N	機械效率
較小速度	10	4.2	79.4%
較大速度	10	4.2	79.4%
探究結果	機械效率的大小與拉動的速度的大小無關

芳芳小組的實驗記錄

物理量 變化因素	小車重力/N	繩端拉力/N	機械效率
大致相同的拉動速度	10	4.2	79.4%
	15	6.0	83.37%
探究結果	機械效率的大小與物重的大小有關

點評：（1）考查了使用滑輪組有用功、總功、機械效率的計算，知道對人和器材做的功為有用功是本題的關鍵．
（2）考查了斜面的機械效率，主要考查了有關機械效率的計算，同時考查了學生根據實驗數據得出結論的能力．