Question

16．在一次物理課上，小明利用老師提供的完全相同的動滑輪，設計了如圖所示的實驗裝置，當它下端掛一個20N的重物時，測得繩子自由端的拉力為8N，繩子自由端移動的距離為8m，請你幫他解決以下幾個問題（不計繩重和摩擦）
（1）物體移動的距離；
（2）該裝置的機械效率；
（3）動滑輪的重力．

Answer 1

分析 （1）由滑輪組的結(jié)構(gòu)知道兩個動滑輪是分離的，則分別判斷即可得出s=2×2h=4h，據(jù)此即可求出物體向上移動的距離；
（2）利用W=Gh求出有用功，利用W=Fs求出總功，再利用η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%求滑輪組的機械效率；
（3）求出額外功，由于不計繩重和摩擦，額外功主要是克服動滑輪的重力所做的功，則根據(jù)W=Gh即可求出動滑輪的重力；
也可以根據(jù)物體的受力平衡合力為零列出等式即可求出動滑輪的重力．

解答 解：（1）由圖可知：滑輪組中的兩個動滑輪，需要分別研究，則s=2×2×h，
所以，h=$\frac{1}{4}$s=$\frac{1}{4}$×8m=2m；
（2）W_總=FS=8N×8m=64J，
W_有Gh=20N×2m=40J；
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{40J}{64J}$×100%=62.5%；
（3）方法一：W_額=W_總-W_有=64J-40J=24J，
由W_額=G_動h+G_動2h可得：
G_動=$\frac{{W}_{額}}{3h}$=$\frac{24J}{6m}$=4N；
方法二：由受力分析可得：F=$\frac{\frac{G+{G}_{動}}{2}+{G}_{動}}{2}$；
所以，G_動=$\frac{4F-G}{3}$=$\frac{4×8N-20N}{3}$=4N．
答：（1）物體移動的距離為2m；
（2）該裝置的機械效率為62.5%；
（3）動滑輪的重力為4N．

點評 本題考查了使用滑輪組拉力的計算、機械效率、功率的計算，本題關(guān)鍵是注意兩個動滑輪不是組合在一起使用的．