Question

用如圖1（甲）所示的滑輪組提升物體，所掛物體的重力從G₁開始逐漸等量增加，在此過(guò)程中物體始終以不變的速度v被提升相同的高度，當(dāng)所掛物重達(dá)到G₂時(shí)繩子被拉斷；圖1（乙）記錄了在此過(guò)程中滑輪組的機(jī)械效率隨物重的增加而變化的圖象．請(qǐng)完成下列有關(guān)分析和計(jì)算（每個(gè)滑輪等重，不計(jì)繩重和摩擦）．
（1）每個(gè)滑輪的重為多少？
（2）繩子能承受最大拉力是多大？
（3）拉力的最大功率是多大？
（4）在圖2中，定量畫出總功率P隨拉力F變化的圖象．

Answer 1

解：（1）∵在不考慮繩重和摩擦?xí)r，當(dāng)掛物體重力為G₁時(shí)，則η₁=，其中G_動(dòng)=2G₀，
∴G₀=．
同理可得：∴G₀=．
（2）滑輪組提升物體時(shí)，有4段繩子承擔(dān)物體的重，則F====G+G₀，
當(dāng)所掛物重達(dá)到G₂時(shí)繩子被拉斷；
所以，F(xiàn)_大=G₂+G₀=G₂+×=．
（3）因?yàn)榇诉^(guò)程中物體始終以不變的速度v，所以當(dāng)重力為G₂時(shí)拉力最大，這時(shí)的功率也最大，
則拉力的最大功率為P_大=F_大v=．
（4）∵此過(guò)程中物體始終以不變的速度v上升，則總功率P=F×4v，
∴當(dāng)掛物體重力為G₁時(shí)，
F₁=，P₁=．
當(dāng)掛物體重力為G₂時(shí)，
F₂=，P₂=．
故作出的圖象如下：

答：（1）每個(gè)滑輪重為．
（2）繩子能承受的最大拉力是．
（3）拉力的最大功率為．
（4）總功率P隨拉力F變化的圖象如圖．
分析：（1）在不考慮繩重和摩擦?xí)r，利用η= 求出每個(gè)動(dòng)滑輪的重．
（2）根據(jù)F=求出繩子能承受最大拉力．
（3）由乙圖可知，當(dāng)重力為G₂是拉力的最大，因?yàn)榇诉^(guò)程中物體始終以不變的速度v，所以這時(shí)的功率最大，利用功率公式即可求出最大功率．
（4）首先根據(jù)公式得出總功率P與拉力F的變化關(guān)系式，然后根據(jù)重力為G₁、G₂得出兩組功率和拉力的數(shù)據(jù)，最后按照作圖的規(guī)則完成圖象
點(diǎn)評(píng)：滑輪組提升物體時(shí)，在不考慮繩重和摩擦?xí)r，利用η=和F=計(jì)算相關(guān)的量，是比較常用的方法，一定要掌握．