Question

金富同学家最近获得了江西省人民政府安置的一套保障房，为了帮助爸爸将重600N的装修材料运送到6m高的楼上，他利用物理课上学过的滑轮组，设计了如图甲所示的材料搬运方案（其中每个滑轮重30N，绳子足够长，所能承受的最大拉力为230N，不计绳重及摩擦）．
（1）现请你帮助金富同学绕绳，要求尽量用最省力的方法实现材料的搬运；
（2）若金富同学在5s内将该材料匀速提高了2m，则拉力的功率是多少？
（3）金富的爸爸观察了该装置后，觉得将该装置的滑轮位置颠倒一下，如图乙所示，使用较安全且效率较高．请你比较两方案效率的大小，说明金富的爸爸的方案是否效率较高．

Answer 1

解：（1）站在楼上把材料运上楼，应从定滑轮开始绕线，材料由4段绳子承担；见右图
（2）P=====264W．
（3）甲图机械效率：η_甲===≈23%
乙图机械效率：
η_乙===≈32%．
金富爸爸的方案是站在地上用力拉较安全且效率较高（有其他比较效率大小的正确方法均给分）．
答：
（1）见右图．
（2）拉力的功率是264W．
（3）金富爸爸的方案是站在地上用力拉较安全且效率较高．
分析：（1）向上拉绳子物体向上运动，应从定滑轮开始绕线；
首先根据动滑轮由几段承担，来确定滑轮组的绳子段数，然后根据公式逐个计算．
（2）知道重物上升的高度，从而可以计算出拉力移动的距离，根据公式W=FS求出总功，再利用公式P=求出拉力做功的功率．
（3）甲乙两图有用功相同，上面求出了拉力大小，再求出拉力做的总功，利用机械效率的公式求出甲乙两图的机械效率，从甲乙两图的机械效率高低、省费力、是否更安全等方面分析．
点评：本题考查了学生对有用功、总功、机械效率、滑轮组绕法的了解与掌握，利用好“当不计绳重和摩擦时，拉力和物重的关系[F=（G_轮+G_物）]”是本题的关键．