Question

简单机械的应用
保洁工人要清洗高楼的外墙，他的同伴站在地面上，使用了如图13所示的装置对它进行升降．已知该保洁工的质量为60kg，保洁器材的质量为20kg，他同伴对绳的拉力为500N，吊篮在拉力的作用下1min匀速上升了10m，绳的最大承受拉力为600N，动滑轮和吊篮一共所受的重力为100N，求：
（1）不计摩擦，此滑轮组最多能提起

1200

N的物体．
（2）请你画出吊篮所受力的示意图．
（3）这个滑轮组的机械效率是多大？
（4）小明和同学们还想要了解机械效率与哪些因素有关．为此同学们进行了有关斜面的机械效率的探究．
在探究斜面的机械效率时，同学们运用了如图14所示的实验装置，进行了有关实验，并得出如下的结论：如果斜面的光滑程度一样，斜面的长度S和小车的重保持不变，通过改变其高度h的方法测得的机械效率，其机械效率是不同的．

这时有的同学提出：如果保持斜面的高度、长度和光滑程度不变，改变小车的速度、小车的重力，是否会影响它的机械效率呢？
大家积极思考，提出了各种猜想，概括起来有如下几种：
猜想1：可能与匀速拉动的速度大小有关．
猜想2：可能与小车的重力有关．
猜想3：可能与匀速拉动的速度大小和小车的重力都有关．
各小组分别根据各自的猜想进行了探究，实验记录如下表．
兰兰小组的实验记录

物理量 　变化因素	小车重力/N	绳端拉力/N	机械效率
较小速度	10	4.2	79.4%
较大速度	10	4.2	79.4%
探究结果

芳芳小组的实验记录

物理量 变化因素	小车重力/N	绳端拉力/N	机械效率
大致相同的拉动速度	10	4.2	79.4%
	15	6.0
探究结果

请你将上述两个表格填写完整．

Answer 1

分析：（1）知道绳的最大承受拉力，不计摩擦，利用F=

1

2

G求最多能提起的物体重．
（2）吊蓝受到自身的重力、绳子的拉力、人和保洁器材的压力的作用，重力的方向竖直向下，拉力的方向竖直向上，压力的方向垂直向下．
（3）对人和器材做的功为有用功，拉力做的功为总功，利用效率公式求滑轮组的机械效率．
（4）①芳芳的实验中，斜面的高度h、长度S、斜面的光滑程度不变，斜面机械效率的计算公式：η=

W有用

W总

×100%=

Gh

FS

×100%；根据第一次测量和计算结果计算出斜面的高度和长度的比值，代入公式就可以计算出第2次实验的机械效率．
②注意分析兰兰、芳芳所测的物理量，注意变化的量和不变的量，同时注意观察机械效率是否变化，若变化的话是由哪个物理量引起的，从而得出正确的结论．

解答：解：（1）由图知，n=2，
∵不计摩擦，
∴F=

1

2

G，
即：600N=

1

2

G，
∴G=1200N；
故答案为：1200．
（2）吊蓝受到自身的重力、绳子的拉力、人和器材的压力的作用，作用点在吊篮底部的中心上，过作用点分别作出这三个力，如下图所示：

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

W有用

W总

=

8000J

10000J

×100%=80%．
答：这个滑轮组的机械效率是80%．
（4）①芳芳第1次实验中：η=

Gh

FS

，代入相关数据，
∴斜面高度和长度的比值：

h

S

=

ηF

G

=

79.4%×4.2N

10N

=0.33348
∴第2次实验的机械效率：η′=

G′

F′

×

h

S

=

15N

6.0N

×0.33348×100%=83.37%
②兰兰小组：由表格中数据知，两次被提升小车的重力相同，第二次比第一次提升的速度大，两次测量的机械效率相同，所以可以看出机械效率与物体被提升的高度无关．
芳芳小组：两次实验物体被提升的速度相同，第二次提升小车的重力大，机械效率也高，所以可以看出机械效率与被提升物体的重力有关．
故答案为：
兰兰小组的实验记录

物理量 　变化因素	小车重力/N	绳端拉力/N	机械效率
较小速度	10	4.2	79.4%
较大速度	10	4.2	79.4%
探究结果	机械效率的大小与拉动的速度的大小无关

芳芳小组的实验记录

物理量 变化因素	小车重力/N	绳端拉力/N	机械效率
大致相同的拉动速度	10	4.2	79.4%
	15	6.0	83.37%
探究结果	机械效率的大小与物重的大小有关

点评：（1）考查了使用滑轮组有用功、总功、机械效率的计算，知道对人和器材做的功为有用功是本题的关键．
（2）考查了斜面的机械效率，主要考查了有关机械效率的计算，同时考查了学生根据实验数据得出结论的能力．