Question

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們的住房條件也得到了很大的改善．小明家最近購(gòu)置了一套新房，為了幫助爸爸將重600N的裝修材料運(yùn)送到6m高的樓上，小明利用物理課上學(xué)過(guò)的滑輪組，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的材料搬運(yùn)方案（其中每個(gè)滑輪重30N，繩子足夠長(zhǎng)，所能承受的最大拉力為250N，不計(jì)繩重及摩擦）．
（1）計(jì)算說(shuō)明繩子的拉力是否超過(guò)繩子的最大承受力？
（2）小明爸爸觀察了該裝置后，他想如果將該裝置的滑輪位置顛倒（圖乙）是否會(huì)更省力一些，請(qǐng)你按照小明爸爸的想法，用筆畫(huà)線在乙圖繞上繩子并說(shuō)明小明爸爸的想法是否正確．
（3）求兩種方案的機(jī)械效率之比？
（4）綜合分析評(píng)估兩個(gè)方案，你認(rèn)為哪個(gè)方案更好一些？說(shuō)明理由．

Answer 1

【答案】分析：（1）因不計(jì)繩重及摩擦，利用F=（G_輪+G_物）求出拉力，和繩子所能承受的最大拉力比較得出答案；
（2）由題知，動(dòng)力的方向要向上，所以可以從繩子末端繞起，依次通過(guò)動(dòng)滑輪、定滑輪繞成；再根據(jù)F=（G_輪+G_物）求此時(shí)拉力大小，判斷小明爸爸的說(shuō)法是否正確；
（3）甲乙兩圖有用功相同，上面求出了拉力大小，再求出拉力做的總功，利用機(jī)械效率的公式求出甲乙兩圖的機(jī)械效率，再求比值；
（4）從甲乙兩圖的機(jī)械效率高低、省費(fèi)力、是否更安全等方面分析，找出最佳方案．
解答：解：（1）如圖甲，物重由3股繩子承擔(dān)，n=3，因不計(jì)繩重及摩擦，拉力：
F=（G_輪+G_物）=（30N+600N）=210N，
∵210N＜250N，
∴沒(méi)有超過(guò)繩子的最大拉力；
（2）要求動(dòng)力方向向上，先從繩子末端反方向繞起，通過(guò)下面的動(dòng)滑輪，再通過(guò)上面的定滑輪，依次繞過(guò)，最后固定在定滑輪下面的掛鉤上，如圖所示；
此時(shí)n=4，拉力：
F′=（2G_輪+G_物）=（2×30N+600N）=165N＜F，
所以這種設(shè)計(jì)更省力，小明爸爸的說(shuō)法是正確的；
（3）甲圖機(jī)械效率：
η_甲====，
乙圖機(jī)械效率：
η_乙====，
η_甲：η_乙=：=22：21；
（4）由以上計(jì)算可以看出，小明的方案效率高，小明爸爸的方案較省力，但從安全方面考慮，小明的方案中是站在地面上用力，更安全，所以小明的方案更好．
答：（1）繩子的拉力沒(méi)有超過(guò)繩子的最大承受力；
（2）如圖所示，小明爸爸的想法是正確的；
（3）兩種方案的機(jī)械效率之比為22：21；
（4）因?yàn)樾∶鞯姆桨父�安全，所以小明的方案更好�?br />點(diǎn)評(píng)：本題考查了學(xué)生對(duì)有用功、總功、機(jī)械效率、滑輪組繞法的了解與掌握，利用好“當(dāng)不計(jì)繩重和摩擦?xí)r，拉力和物重的關(guān)系[F=（G_輪+G_物）]”是本題的關(guān)鍵．