Question

王奶奶家住六楼，腿脚不好，上下楼不方便，社区的“助老爱心”小组帮她想了一个好办法：用一根轻质长绳（绳重），一个滑轮、一个篮筐上下吊物品．篮筐重6N，滑轮重2N，每层楼高3m（摩擦不计）
问：（1）“助老爱心”小组帮王奶奶把一个6.4斤重的西瓜放在篮筐里，王奶奶用此装置（如图所示）将西瓜提到六楼做功多少焦耳？（1斤=0.5kg，g=10N/kg）
（2）此装置的机械效率多大？
（3）有哪些方法可以帮助王奶奶提高机械效率？

Answer

（1）知道每层楼高，可求西瓜上升的高度，图中使用的是动滑轮，利用s=2h求拉力端移动的距离；不计绳重和摩擦，利用F=（G瓜+G筐+G轮）求拉力大小，再利用W=Fs求拉力做功；
（2）求出西瓜重，利用W=Gh求对西瓜做的有用功，再利用效率公式求此装置的机械效率；
（3）可以从增大提升物重、减小额外功等方面分析．
【解析】

（1）西瓜上升的高度：h=3m×5=15m，
拉力端移动的距离：
s=2h=2×15m=30m，
西瓜质量：m=6.4斤=3.2kg，
西瓜重力：
G瓜=mg=3.2kg×10N/kg=32N，
∵不计绳重和摩擦，
∴F=（G瓜+G筐+G轮）=（32N+6N+2N）=20N，
拉力做功：
W总=Fs=20N×30m=600J；
（2）对西瓜做的有用功：
W有用=Gh=32N×15m=480J，
此装置的机械效率：
η=×100%=×100%=80%；
（3）提高机械效率的方法：①增大每次提升的物体重，②减小篮筐、动滑轮的重力．
答：（1）用此装置将西瓜提到六楼做功600焦耳；
（2）此装置的机械效率80%；
（3）①增大每次提升的物体重；②减小篮筐、动滑轮的重力．