Question

3．如圖所示滑輪組提升正方體物體，物重20N，為邊長為2dm的實(shí)心正方體，不計(jì)摩擦和繩重，F(xiàn)=5N時(shí)，物體不能（“能”或“不能”）被拉起；若G_動(dòng)=2N，則物體對(duì)水平面的壓強(qiáng)為300Pa，此時(shí)物體受到的合力為0N；當(dāng)F=11N時(shí)，物體能做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)機(jī)械效率為90.9%；若將物重變?yōu)?0N，則若要使其勻速上升，機(jī)械效率為93.75%．

Answer 1

分析 （1）知道物重和承擔(dān)物重的繩子股數(shù)n，不計(jì)摩擦和繩重，拉力至少為$\frac{1}{2}$G，據(jù)此判斷物體能否被拉起；
（2）不計(jì)摩擦和繩重，知道動(dòng)滑輪重，利用F=$\frac{1}{2}$（F_拉+G_輪）求物體受到的拉力；進(jìn)而求出物體對(duì)水平面的壓力，再求出受力面積，利用壓強(qiáng)公式求物體對(duì)水平面的壓強(qiáng)；此時(shí)物體沒有被提起，還處于靜止?fàn)顟B(tài)，受到的合力為0；
（3）物體能做勻速直線運(yùn)動(dòng)，物體被提起，拉力F=$\frac{1}{2}$（G+G_輪），利用η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{Gh}{F×2h}$×100%=$\frac{G}{2F}$×100%求滑輪組的機(jī)械效率；
（4）若將物重變?yōu)?0N，不計(jì)摩擦和繩重，拉力F=$\frac{1}{2}$（G+G_輪），利用η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{Gh}{F×2h}$×100%=$\frac{G}{2F}$×100%求滑輪組的機(jī)械效率．

解答 解：
（1）物重G=20N，不計(jì)摩擦和繩重，n=2，拉力至少為F_最小=$\frac{1}{2}$G=$\frac{1}{2}$×20N=10N，所以不計(jì)摩擦和繩重，F(xiàn)=5N時(shí)，物體不能被拉起；
（2）不計(jì)摩擦和繩重，n=2，G_輪=2N，拉力F=$\frac{1}{2}$（F_拉+G_輪）=5N，物體受到的拉力：
F_拉=2F-G_輪=2×5N-2N=8N；
物體對(duì)水平面的壓力：
F_壓=G-F_拉=20N-8N=12N，
受力面積S=0.2m×0.2m=0.04m²，
物體對(duì)水平面的壓強(qiáng)：
p=$\frac{{F}_{壓}}{S}$=$\frac{12N}{0.04{m}^{2}}$=300Pa；
此時(shí)物體沒有被提起，還處于靜止?fàn)顟B(tài)，受到的合力為0；
（3）物體能做勻速直線運(yùn)動(dòng)，物體被提起，拉力F=$\frac{1}{2}$（G+G_輪）=$\frac{1}{2}$×（20N+2N）=11N，
滑輪組的機(jī)械效率：
η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{Gh}{F×2h}$×100%=$\frac{G}{2F}$×100%=$\frac{20N}{2×11N}$×100%≈90.1%；
（4）若將物重變?yōu)?0N，不計(jì)摩擦和繩重，拉力F′=$\frac{1}{2}$（G′+G_輪）=$\frac{1}{2}$×（30N+2N）=16N，
若要使其勻速上升，滑輪組的機(jī)械效率：
η=$\frac{{W}_{有用}′}{{W}_{總}′}$×100%=$\frac{G′}{2F′}$×100%=$\frac{30N}{2×16N}$×100%=93.75%．
故答案為：不能；300；0；11；90.9%；93.75%．

點(diǎn)評(píng) 本題為力學(xué)綜合題，考查了壓強(qiáng)的計(jì)算、使用滑輪組拉力和機(jī)械效率的計(jì)算，利用好不計(jì)摩擦和繩重，拉力F=$\frac{1}{2}$（F_拉+G_輪）是關(guān)鍵．