Question

3．如图所示滑轮组提升正方体物体，物重20N，为边长为2dm的实心正方体，不计摩擦和绳重，F=5N时，物体不能（“能”或“不能”）被拉起；若G_动=2N，则物体对水平面的压强为300Pa，此时物体受到的合力为0N；当F=11N时，物体能做匀速直线运动，此时机械效率为90.9%；若将物重变为30N，则若要使其匀速上升，机械效率为93.75%．

Answer 1

分析 （1）知道物重和承担物重的绳子股数n，不计摩擦和绳重，拉力至少为$\frac{1}{2}$G，据此判断物体能否被拉起；
（2）不计摩擦和绳重，知道动滑轮重，利用F=$\frac{1}{2}$（F_拉+G_轮）求物体受到的拉力；进而求出物体对水平面的压力，再求出受力面积，利用压强公式求物体对水平面的压强；此时物体没有被提起，还处于静止状态，受到的合力为0；
（3）物体能做匀速直线运动，物体被提起，拉力F=$\frac{1}{2}$（G+G_轮），利用η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{Gh}{F×2h}$×100%=$\frac{G}{2F}$×100%求滑轮组的机械效率；
（4）若将物重变为30N，不计摩擦和绳重，拉力F=$\frac{1}{2}$（G+G_轮），利用η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{Gh}{F×2h}$×100%=$\frac{G}{2F}$×100%求滑轮组的机械效率．

解答 解：
（1）物重G=20N，不计摩擦和绳重，n=2，拉力至少为F_最小=$\frac{1}{2}$G=$\frac{1}{2}$×20N=10N，所以不计摩擦和绳重，F=5N时，物体不能被拉起；
（2）不计摩擦和绳重，n=2，G_轮=2N，拉力F=$\frac{1}{2}$（F_拉+G_轮）=5N，物体受到的拉力：
F_拉=2F-G_轮=2×5N-2N=8N；
物体对水平面的压力：
F_压=G-F_拉=20N-8N=12N，
受力面积S=0.2m×0.2m=0.04m²，
物体对水平面的压强：
p=$\frac{{F}_{压}}{S}$=$\frac{12N}{0.04{m}^{2}}$=300Pa；
此时物体没有被提起，还处于静止状态，受到的合力为0；
（3）物体能做匀速直线运动，物体被提起，拉力F=$\frac{1}{2}$（G+G_轮）=$\frac{1}{2}$×（20N+2N）=11N，
滑轮组的机械效率：
η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{Gh}{F×2h}$×100%=$\frac{G}{2F}$×100%=$\frac{20N}{2×11N}$×100%≈90.1%；
（4）若将物重变为30N，不计摩擦和绳重，拉力F′=$\frac{1}{2}$（G′+G_轮）=$\frac{1}{2}$×（30N+2N）=16N，
若要使其匀速上升，滑轮组的机械效率：
η=$\frac{{W}_{有用}′}{{W}_{总}′}$×100%=$\frac{G′}{2F′}$×100%=$\frac{30N}{2×16N}$×100%=93.75%．
故答案为：不能；300；0；11；90.9%；93.75%．

点评 本题为力学综合题，考查了压强的计算、使用滑轮组拉力和机械效率的计算，利用好不计摩擦和绳重，拉力F=$\frac{1}{2}$（F_拉+G_轮）是关键．