【分析】
首先观察两个滑轮组,确定甲装置承担物重的绳子段数$n_甲=3$,乙装置承担物重的绳子段数$n_乙=2$,题目说明滑轮完全相同,因此两个装置的动滑轮重力$G_{动}$相等,且不计绳重和摩擦。接下来先推导不计绳重摩擦时滑轮组的拉力公式$F=\frac{1}{n}(G_{物}+G_{动})$,以及机械效率的推导公式,再逐个代入每个选项给出的条件,验证结论是否成立,即可选出正确答案。
【解析】
解:由图可知,甲滑轮组承担物重的绳子段数$n_甲=3$,乙滑轮组承担物重的绳子段数$n_乙=2$,两个装置的滑轮完全相同,因此动滑轮重力$G_{动}$相等,不计绳重和摩擦:
1. 分析选项A:
不计绳重摩擦时,滑轮组的机械效率$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{G_{物}h}{G_{物}h+G_{动}h}=\frac{G_{物}}{G_{物}+G_{动}}$,若$G_A=G_B$,代入公式可知$\eta_甲=\eta_乙$,A错误。
2. 分析选项B:
由拉力公式$F=\frac{1}{n}(G_{物}+G_{动})$,变形可得物重$G_{物}=nF-G_{动}$,因此$G_A=3F_A-G_{动}$,$G_B=2F_B-G_{动}$。若$F_A>F_B$,则$3F_A>2F_B$,可得$G_A=3F_A-G_{动}>2F_B-G_{动}=G_B$,即$G_A>G_B$,B错误。
3. 分析选项C:
将$G_{物}=nF-G_{动}$代入机械效率公式,可得$\eta=\frac{G_{物}}{nF}×100\%=\frac{nF-G_{动}}{nF}×100\%=(1-\frac{G_{动}}{nF})×100\%$。若$F_A<F_B$,代入$n_甲=3$、$n_乙=2$,无法直接确定$\eta_甲$和$\eta_乙$的大小关系,C错误。
4. 分析选项D:
若$F_A=F_B$,代入$\eta=(1-\frac{G_{动}}{nF})×100\%$,可得$\frac{G_{动}}{3F_A}<\frac{G_{动}}{2F_B}$,因此$1-\frac{G_{动}}{3F_A}>1-\frac{G_{动}}{2F_B}$,即$\eta_甲>\eta_乙$,D正确。
【答案】
D
【知识点】
滑轮组拉力计算;滑轮组机械效率
【点评】
本题重点考察不计绳重和摩擦条件下滑轮组的拉力、机械效率的推导计算,易错点是学生容易直接根据绳子段数多少判断机械效率高低,忽略动滑轮重力相同的前提,需要通过变形公式结合给定条件推导,不能凭直觉判断结论。
【难度系数】
0.4