Question

（2013?石景山區(qū)一模）某工地施工時(shí)，用固定在水平工作臺上的卷揚(yáng)機(jī)（其內(nèi)部有電動機(jī)提供動力）通過滑輪組提升貨物如圖甲所示，卷揚(yáng)機(jī)及其工作臺的總重為500N．為監(jiān)測卷揚(yáng)機(jī)的工作情況，將固定卷揚(yáng)機(jī)的工作臺置于水平輕質(zhì)杠桿的A端，地面上的重為400N配重C與杠桿B端相連接，杠桿AB可繞轉(zhuǎn)軸O在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動．當(dāng)卷揚(yáng)機(jī)以速度v₁勻速提升重為G₁=800N的貨物上升時(shí)，卷揚(yáng)機(jī)的拉力為F₁，配重C對地面的壓強(qiáng)為p₁，滑輪組的機(jī)械效率為η₁；當(dāng)卷揚(yáng)機(jī)以速度v₂勻速提升重為G₂的貨物上升時(shí)，卷揚(yáng)機(jī)的拉力為F₂，配重C對地面的壓強(qiáng)為p₂，滑輪組的機(jī)械效率為η₂；卷揚(yáng)機(jī)的拉力F₁、F₂做功隨時(shí)間變化的圖象分別如圖乙中①、②所示．已知：v₁：v₂=1：3，η₁：η₂=16：15，OA：OB=2：5．忽略所有連接繩索的質(zhì)量及各處摩擦．g取10N/kg．求：
（1）卷揚(yáng)機(jī)提升重物G₁上升12s做的功；
（2）動滑輪的質(zhì)量；
（3）p₁與p₂的比值．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)圖象判斷卷揚(yáng)機(jī)的做功和時(shí)間成正比，說明功率是一定的，根據(jù)圖象求出卷揚(yáng)機(jī)的功率，知道卷揚(yáng)機(jī)工作時(shí)間，求出卷揚(yáng)機(jī)的在12s內(nèi)做功多少．
（2）知道卷揚(yáng)機(jī)兩次的功率，求出功率之比，知道速度之比，求比卷揚(yáng)機(jī)的用力之比．
知道機(jī)械效率之比，利用機(jī)械效率公式求出卷揚(yáng)機(jī)第二次提起的物體重．
知道卷揚(yáng)機(jī)兩次用力之比，求出動滑輪重力，求出動滑輪的質(zhì)量．
（3）知道動滑輪的重力和兩次提起物體的重，求出卷揚(yáng)機(jī)兩次用力多少．
根據(jù)杠桿平衡條件求出杠桿B端施加的力．
根據(jù)物體間力的作用是相互的，求出杠桿對配重的拉力，求出配重對地面的壓力之比，即壓強(qiáng)之比．

解答：解：（1）由圖象知，卷揚(yáng)機(jī)第1次功率：P₁=

W1

t

=

1000J

10s

=100W；
卷揚(yáng)機(jī)第2次功率：P₂=

W2

t

=

2000J

10s

=200W；
卷揚(yáng)機(jī)第1次提起800N物體做功：W=P₁t₁=100W×12s=1200W．
（2）

P1

P2

=

F1v1

F2v2

=

100W

200W

=

1

2

，
∵P=Fv，
∴

F1

F2

=

P1 v1

P2 v2

=

P1

P2

×

v2

v1

=

1

2

×

3

1

=

3

2

，

η1

η2

=

W1有 W1總

W2有 W2總

=

800N×h1 F1×3h1

G2×h2 F2×3h2

=

800N

G2

×

F2

F1

=

16

15

，
∴

800N

G2

=

8

5

，
∴卷揚(yáng)機(jī)第2次提起的物體重：G₂=500N．
F₁=

1

3

×（800N+G_動），
F₂=

1

3

×（500N+G_動），
∵

F1

F2

=

3

2

，
∴G_動=100N，
∴動滑輪的質(zhì)量：m_動=

G動

g

=

100N

10N/kg

=10kg．
（3）F₁=

1

3

×（800N+100N）=300N，
F₂=

1

3

×（500N+100N）=200N，
卷揚(yáng)機(jī)提起物體時(shí)，卷揚(yáng)機(jī)對滑輪組施加力，物體間力的作用是相互的，滑輪組對卷揚(yáng)機(jī)的施加等大的力，
卷揚(yáng)機(jī)提起800N物體時(shí)，滑輪組對卷揚(yáng)機(jī)的豎直向下的拉力是300N，
所以兩次對杠桿A端的力分別是F_1A=500N+300N=800N，
根據(jù)杠桿平衡條件得，
F_1B×OB=F_1A×OA，

F1B

F1A

=

OA

OB

，

F1B

800N

=

2

5

，
F_1B=320N．
物體間力的作用是相互的，所以杠桿對配重的拉力是320N，配重對地面的壓力是F_1壓=400N-320N=80N．
同理，卷揚(yáng)機(jī)提起500N物體時(shí)，滑輪組對卷揚(yáng)機(jī)的豎直向下的拉力是200N，
所以兩次對杠桿A端的力分別是F_2A=500N+200N=700N，
根據(jù)杠桿平衡條件得，
F_2B×OB=F_2A×OA，

F2B

700N

=

2

5

，
F_2B=280N．
物體間力的作用是相互的，所以杠桿對配重的拉力是280N，配重對地面的壓力是F_2壓=400N-280N=120N．
配重對地面的壓強(qiáng)之比為：

p1

p2

=

F1壓 S

F2壓 S

=

F1壓

F2壓

=

80N

120N

=

2

3

．
答：（1）卷揚(yáng)機(jī)提升重物G₁上升12s做功1200J；
（2）動滑輪的質(zhì)量10kg；
（3）p₁與p₂的比值是2：3．

點(diǎn)評：本題首先根據(jù)圖象確定卷揚(yáng)機(jī)的兩次功率，求出功率之比，再求出卷揚(yáng)機(jī)用力之比，再根據(jù)機(jī)械效率之比求出卷揚(yáng)機(jī)提起的物體重，再根據(jù)繩端的拉力和物體及動滑輪重的關(guān)系以及拉力之比，求出動滑輪的重，再次利用繩端的拉力和物體及動滑輪重的關(guān)系求出繩端拉力的大小．最后根據(jù)杠桿平衡條件求出杠桿B端的拉力，再根據(jù)物體間力的作用相互的，求出配重對地面的壓力．