Question

11．近幾年來，各省市為了使自己城市被評為環(huán)保模范城市，各市政府利用巨款投資與民生工程，對背街小巷實施景觀改造，圖1中是一些保潔工人正在清洗某高樓的外墻，助手站在地上向借助圖2所示的滑輪組裝置，把保潔器材送往空中作業(yè)的同伴身邊，已知保潔器材重220N，動滑輪重20N，保潔器材在拉力的作用下5s勻速上升了2m．（不計繩和滑輪之間的摩擦，繩子的承重力足夠大）請你完成下列問題：
（1）請你在圖中幫助他畫出繩子的繞線方法．
（2）拉力F做功的功率是多大？
（3）滑輪組的機械效率是多大？
（4）保潔工人在擦桌子的時候，不小心將水灑在桌子上，他拿出了一張信紙去擦，結(jié)果沒有擦干，他的同事拿出一張餐巾紙去擦，立刻將水擦干．根據(jù)上述情景，請你和保潔工人一起提出一個物理探究課題．
探究課題：紙的吸水能力與紙的種類的關(guān)系．

Answer 1

分析 （1）省力多少和繩子的繞法，決定滑輪組的使用效果，要向下拉物體向上移動，則應(yīng)從定滑輪開始繞．
（2）利用F=$\frac{1}{2}$（G_物+G_動）求出拉力，利用s=2h求出繩子自由端移動的距離，再利用W=Fs計算拉力所做的功，最后利用P=$\frac{W}{t}$計算功率；
（3）利用W=Gh求出有用功，再利用η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$求解機械效率．
（4）根據(jù)信紙沒有擦干、餐巾紙立刻將水擦干可知，不同種類的紙吸水的能力不同，據(jù)此提出問題．

解答 解：（1）要人向下用力拉動繩子使物體向上運動，繩子應(yīng)從定滑輪開始繞，或者從繩子自由端向上從外向里繞最后固定在定滑輪上．如圖所示：

（2）由圖可知，n=2，不計繩和滑輪之間的摩擦，
則拉力F=$\frac{1}{2}$（G_物+G_動）=$\frac{1}{2}$（220N+20N）=120N，
繩子自由端移動的距離s=2h=2×2m=4m，
則拉力做的功：W_總=Fs=120N×4m=480J，
拉力F做功的功率是：P=$\frac{{W}_{總}}{t}$=$\frac{480J}{5s}$=96W；
（3）有用功：W_有用=G_物h=220N×2m=440J，
則η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{440J}{480J}$×100%≈91.7%；
（4）保潔工人在擦桌子的時候，不小心將水灑在桌子上，他拿出了一張信紙去擦，結(jié)果沒有擦干，他的同事拿出一張餐巾紙去擦，立刻將水擦干．根據(jù)上述情景，可提出的物理探究課題為：紙的吸水能力與紙的種類的關(guān)系．
答：（1）見解答圖；
（2）拉力F做功的功率是96W；
（3）滑輪組的機械效率是91.7；
（4）紙的吸水能力與紙的種類的關(guān)系．

點評 此題主要考查了滑輪組的組裝情況、滑輪組繩子拉力的計算、功和功率、機械效率的計算等，是一道綜合性很強的題目，有一定難度，關(guān)鍵是各種公式的靈活運用．