Question

如圖所示，是小明利用器械提升重物的示意圖．當小明自由站在水平地面上時，對地面的壓強P₀=2×10⁴Pa；當在動滑輪下掛一個與小明重力相同的物體甲時，他用力勻速舉起杠桿的A端，使杠桿在水平位置平衡時，小明對地面的壓強P₁=4.5×10⁴Pa，此時滑輪組的機械效率為η₁；當在動滑輪下掛1200N重物乙時，他用力勻速舉起杠桿的A端，使杠桿在水平位置平衡時，小明對地面的壓強P₂=5.5×10⁴Pa，此時滑輪組的機械效率為η₂；已知杠桿OA：OB=1：2（杠桿、繩重和機械間摩擦忽略不計，g取10N/kg）求：
（1）小明的質(zhì)量m_人
（2）η₁：η₂．

Answer 1

解：
小明自由站在水平地面上，對小明受力分析如圖1所示．
提重物甲時，對小明、杠桿、動滑輪和甲物體受力分析如圖2、3、4所示．
提重物乙時，對小明、杠桿、動滑輪和乙物體受力分析如圖5、6、7所示．

（1）P₀====2×10⁴Pa----①
由圖4可知 2F'_B1=G_動+G_甲
由圖3可知 F_A1×OA=F_B1×OB
F_A1=2 F_B1=2 F'_B1
由圖2可知N₁=F_A1+G_人=G_動+G_甲+G_人
P₁===4.5×10⁴Pa----②
由圖7可知 2F'_B2=G_動+G_乙
由圖6可知 F_A2×OA=F_B2×OB
∵=
∴F_A2×1=F_B2×2
F_A2ˊ=F_A2=2 F_B2=2 F_B2ˊ
由圖5可知N₂=F_A2ˊ+G_人=G_動+G_乙+G_人
P₂====5.5×10⁴Pa-----③
由方程①②③解得
G_人=G_甲=800N
G_動=200N
m_人===80kg；
（2）η₁：η₂=：=：=14：15．
答：（1）小明的質(zhì)量m_人為80kg；
（2）η₁：η₂為14：15．
分析：先畫出不同情況下的受力分析；
（1）已知三次小明對地面的壓強，結合圖示物體受力情況，列出關系式，聯(lián)立解之即可求出小明的重和動滑輪重，然后再利用重力公式求出小明的質(zhì)量；
（2）根據(jù)η====分別標示出機械效率，然后用物重和動滑輪重代入即可求出效率比．
點評：能熟練運用杠桿的平衡條件是解決本題的關鍵，同時，我們還必須認清本題中滑輪組的使用特點．