Question

在2008年北京殘奧會(huì)的開(kāi)幕式上，盲人火炬手平亞麗在導(dǎo)盲犬的帶領(lǐng)下將圣火傳給主火炬手侯斌．為隆重體現(xiàn)奧運(yùn)點(diǎn)火儀式，候斌帶著圣火（自己拉著繩子）緩緩上升．
（1）侯斌借助一個(gè)滑輪組（如圖只一個(gè)動(dòng)滑輪），從圖中清晰可見(jiàn)繩子的一端被侯斌拉住，另一端是系在動(dòng)滑輪上的，要構(gòu)成滑輪組，上端至少需要______個(gè)定滑輪．
（2）為減輕重量卸掉假肢，侯斌體重有70kg，再加上9kg重的輪椅和火炬，動(dòng)滑輪和掛架重3kg．火炬塔的點(diǎn)火口在距離地面39m高的地方，若不計(jì)摩擦和繩子的重量，侯斌從拉起離開(kāi)地面到點(diǎn)燃火炬塔需要做多少功？裝置的機(jī)械效率為多大？（g取10N/kg）
（3）組委會(huì)要求侯斌從拉動(dòng)繩子離開(kāi)地面到點(diǎn)燃火炬塔只有短短4min，他拉繩子的速度至少需要多大？

Answer 1

【答案】分析：（1）定滑輪的作用主要是改變用力的方向，看力的方向在上端被改變了幾次，便可判斷需要幾個(gè)定滑輪；
（2）利用公式W_總=Fs可求出所做的總功，再分析數(shù)據(jù)求出有用功，便可利用公式η=求出機(jī)械效率的大小；
（3）根據(jù)滑輪組的結(jié)構(gòu)，拉繩的距離必須是升高距離的4倍，再根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算速度即可．
解答：解：（1）讀圖可知，滑輪組的繞繩從動(dòng)滑輪開(kāi)始，在上端共改變了兩次方向，故至少需要兩個(gè)定滑輪；
（2）讀圖可知，滑輪組用4段繩子吊著物體，需要承擔(dān)的總重力G═（70kg+9kg+3kg）×10N/kg=820N，繩端移動(dòng)的距離s=4h=4×39m=156m．
人做的總功W_總=Fs=G×s=205N×156m=31980J．有用功W_有=G_人h=mgh=70kg×10N/kg×39m=27300J．
裝置的機(jī)械效率η===85.4%．
（3）拉繩子的速度v===0.65m/s．
答：（1）2．（2）人做的功為31980J；裝置的機(jī)械效率為85.4%．（3）拉繩子的速度至少需要0.65m/s．
點(diǎn)評(píng)：對(duì)滑輪組特點(diǎn)的把握是本題的重要突破口，尤其要注意的是，人是坐在掛架上面的，即人手中的繩子也直接承擔(dān)了物重．定滑輪個(gè)數(shù)的確定要根據(jù)其作用是改變用力的方向來(lái)分析．明確了滑輪組的特點(diǎn)，再將力與距離進(jìn)行對(duì)應(yīng)，可求出有用功、總功以及機(jī)械效率，同時(shí)，求速度也應(yīng)該建立在對(duì)距離分析的基礎(chǔ)上．