Question

某科技小組設(shè)計(jì)的提升重物的裝置如圖甲所示。圖中水平桿CD與豎直桿EH、DI組合成支架固定在水平地面上。小亮站在地面上通過滑輪組提升重物，滑輪組由動滑輪Q和安裝在水平桿CD上的兩個(gè)定滑輪組成。小亮以拉力F₁勻速豎直提升物體A的過程中，物體A的速度為υ₁，滑輪組的機(jī)械效率為η_A。小亮以拉力F2勻速豎直提升物體B的過程中，物體B的速度為υ₂，滑輪組的機(jī)械效率為η_B。拉力F₁、F₂做的功隨時(shí)間變化的圖像分別如圖乙中①、②所示。已知：υ₁=3υ₂，物體A的體積為V_A，物體B的體積為V_B，且3V_A=2V_B，物體A的密度為ρ_A，物體B的密度為ρ_B，且8ρ_A=7ρ_B。（不計(jì)繩的質(zhì)量，不計(jì)滑輪與軸的摩擦）求：機(jī)械效率η_B與η_A之差。

Answer 1

解：設(shè)物體A受的重力為G_A，物體B受的重力為G_B，動滑輪受的重力為G_動。勻速提升物體A時(shí)，以物體A和動滑輪的整體為研究對象，受力分析如圖甲所示。勻速提升物體B時(shí)，以物體B和動滑輪的整體為研究對象，受力分析如圖乙所示。
由圖甲、乙得：
2F₁'=G_A+ G_動 2F₂'=G_B+ G_動
又因?yàn)?F₁'= F₁    F₂'= F₂
所以 =                                                     （1）
由題中W－t圖像可知：P₁==90W，P₂==45W
由=，υ₁=3υ₂ 解得：=                      （2）
由（1）、（2）解得：=                             （3）
由G＝ρgV，3V_A=2V_B，8ρ_A=7ρ_B 解得：=       （4）
由（3）、（4）解得：
G_動=G_A，G_動=G_B
η_A====70%
η_B ===80%
η_B－η_A=80%－70%=10% 。
（其他解法正確的均可）