Question

【題目】在生產中，人們往往用的是由杠桿、滑輪等簡單機械組合而成的復雜機械．在一次綜合實踐活動中，王剛同學分別用一輕質杠桿（O為支點，OA=3OB）、一只滑輪和一些細繩構成的組合機械來提升重90N的物體．王剛在實踐活動中是這樣做的：他先單獨使用一個動滑輪來提升重物，如圖甲所示，然后又用動滑輪和杠桿組成的組合機械來提升重物，如圖乙所示．

（1）在不計機械重、繩重、部件間摩擦時，F1= N，F2= N．比較F1、F2可以看出，使用乙圖組合機械的好處是 ．

（2）請你幫他設計另一種能省力的組合機械，請把設計方案圖畫在下面的方框內．

（3）王剛在實驗中突然提出這樣一個問題，使用乙圖的組合機械與使用甲圖的動滑輪相比，它的機械效率是否發生改變呢？

（a）為了比較甲、乙兩機械效率的大小，需要測量的物理量有：物體的重力G，F1和F2的大小， 以及拉力F1移動的距離S1和拉力F2移動的距離S2．

（b）機械效率η甲= ，η乙= ．（用測量的物理量來表示）

Answer 1

【答案】（1）45；15；更省力

（2）如圖；

（3）（a）物體上升的高度h；

（b）；=．

【解析】

試題分析：（1）甲圖動滑輪上有兩端繩子，拉力是重力的一半，乙圖中，已知動滑輪上拉力的大小，根據杠桿平衡條件F1L1=F2L2，可求拉力F2的大小．比較兩拉力的大小，就可得出使用乙圖組合機械的好處，

（2）乙圖設計的是省力的組合機械，減小杠桿的動力臂，增大杠桿的阻力臂，即可改為能省距離的組合機械．

（3）物體的重力為G和拉力為F，重物提升的高度為h，拉力作用點運動的距離為s，根據公式η==即可得出兩裝置的機械效率．

解：（1）甲圖拉力是重力的一半，F1===45N，

乙圖中F1OB=F2OA，

所以F2===15N．

很明顯45N＞15N，所以使用乙圖組合機械的好處是可以更加省力．

（2）使杠桿的阻力臂大于動力臂，即可改為能省距離的組合機械．如圖：

（3）測出物體的重力G，F1的大小，圖乙中物體上升的距離h，F2的大小，A點下降的距離l拉力．

甲圖中，機械效率η甲==．

圖乙中，機械效率η乙==．

故答案為：

（1）45；15；更省力

（2）如上圖；

（3）（a）物體上升的高度h；

（b）；=．