3. [2025·郑州二模]如图,图甲中用水平拉力 $ F_1 $ 拉着重为 $ G $ 的物体在水平面上匀速直线运动,图乙中水平拉力 $ F_2 $ 通过滑轮拉着该物体,也在同一水平面上匀速直线运动,两次物块速度相同。不计滑轮重、绳重及滑轮处的摩擦,下列说法正确的是 ()


A.图甲中物体受到的摩擦力为 $ G-F_1 $
B.图乙中使用滑轮是为了改变力的方向
C.拉力 $ F_1 $ 的大小等于拉力 $ F_2 $ 的二倍
D.拉力 $ F_2 $ 的功率大于拉力 $ F_1 $ 的功率

3. C

三、实验题
测定某滑轮组机械效率的实验装置如图所示。
(1)实验器材有钩码、由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组、细绳、刻度尺，还有。
(2)若将重为2 N的钩码匀速提升10 cm，弹簧测力计的示数如图所示，将实验数据填入下面表格中。


(3)有用功$W_{有用}=$J，总功$W_{总}=$J，滑轮组机械效率$\eta\approx$。

(1)弹簧测力计
(2)2 0.8 0.1 0.3
(3)0.2 0.24 83.3%

四、计算题
利用如图所示的滑轮组,在30 s内将重为500 N的物体匀速提升3 m,人匀速拉绳子的功率为60 W,不计绳重及摩擦。
(1)求作用在绳子自由端的拉力。
(2)求滑轮组的机械效率。(结果保留三位有效数字)
(3)若绳子能承受的最大拉力为500 N,使用此滑轮组能提升的最大物重是多少？

解:(1)物体移动的速度
$v_{物}=\dfrac{h}{t}=\dfrac{3\ \mathrm{m}}{30\ \mathrm{s}}=0.1\ \mathrm{m/s}$,
绳子自由端移动的速度
$v_{绳}=3v_{物}=3×0.1\ \mathrm{m/s}=0.3\ \mathrm{m/s}$,
由 $P=\dfrac{W}{t}=\dfrac{Fs}{t}=Fv$ 可得,作用在绳子自由端的
拉力 $F=\dfrac{P}{v_{绳}}=\dfrac{60\ \mathrm{W}}{0.3\ \mathrm{m/s}}=200\ \mathrm{N}$。
(2) $W_{有用}=Gh=500\ \mathrm{N}×3\ \mathrm{m}=1\ 500\ \mathrm{J}$,
$W_{总}=Fs=200\ \mathrm{N}×3×3\ \mathrm{m}=1\ 800\ \mathrm{J}$,
滑轮组的机械效率
$\eta=\dfrac{W_{有用}}{W_{总}}=\dfrac{1\ 500\ \mathrm{J}}{1\ 800\ \mathrm{J}}\approx83.3\%$。
(3)在不计摩擦与绳重时,$F=\dfrac{1}{3}(G+G_{动})$,
所以 $G_{动}=3F-G=3×200\ \mathrm{N}-500\ \mathrm{N}=100\ \mathrm{N}$。
已知最大拉力 $F'=500\ \mathrm{N}$,
$F'=\dfrac{1}{3}(G'+G_{动})$,
$G'=3F'-G_{动}=3×500\ \mathrm{N}\ -100\ \mathrm{N}=1\ 400\ \mathrm{N}$。
答:(1)作用在绳子自由端的拉力为 200 N。
(2)滑轮组的机械效率约为 83.3%。
(3)使用此滑轮组能提升的最大物重是1 400 N。