Question

如圖甲所示，B是一個固定支架，由立柱和兩側(cè)裝有定滑輪的水平橫梁組成，物體M在橫梁上可左右移動，M的左端用鋼繩跨過定滑輪與電動機(jī)相連，右端用鋼繩跨過定滑輪與滑輪組相連，滑輪組下掛一實心物體A，其密度ρ_Ａ=5×10³kg/m³，體積V_A=0.024m³。當(dāng)電動機(jī)不工作時（可視電動機(jī)對鋼繩無拉力作用），將物體A浸沒在水中，物體A可以通過滑輪組拉著物體M向右勻速運(yùn)動；當(dāng)電動機(jī)用一個豎直向下的力F₁拉鋼繩時，物體A在水面下以速度υ₁=0.1m/s勻速上升，滑輪組的機(jī)械效率為η₁；當(dāng)物體A完全露出水面后，電動機(jī)用力F₂拉鋼繩，物體A勻速上升，滑輪組的機(jī)械效率為η₂。在以上過程中，電動機(jī)對鋼繩的拉力的大小隨物體A上升高度的關(guān)系如圖乙所示，電動機(jī)以F₁、F₂拉鋼繩時的功率始終為P。（不計鋼繩的質(zhì)量、滑輪與軸的摩擦、水對物體的阻力。取g =10N/kg）

求：

（1）滑輪組的機(jī)械效率η₁：η₂（7分）

（2）電動機(jī)的功率P

 

Answer 1

【答案】

 

【解析】

試題分析：（1）知道物體的體積和密度，利用重力公式和密度公式求物體所受重力；利用阿基米德原理求浸沒水中受到的浮力；

①當(dāng)電動機(jī)不工作時，將物體A浸沒在水中，則摩擦力f=F_A，

②當(dāng)電動機(jī)用一個豎直向下的力F₁拉鋼繩時，

③當(dāng)物體A完全露出水面后，電動機(jī)用力F₂拉鋼繩，物體A勻速上升，，

由圖乙可知：，據(jù)此求出動滑輪總重G_動，代入①中求得摩擦力大小，

當(dāng)電動機(jī)用一個豎直向下的力F₁拉鋼繩時，；當(dāng)物體A完全露出水面后，。據(jù)此可求；

（2）求出了動滑輪總重，利用求拉力F₁，求出拉力端移動的速度，利用P=Fv求電動機(jī)的輸出功率。

三種狀態(tài)的受力分析如圖所示

（1） 物體所受重力G_A=ρ_AgV_A=……=1200N

物體所受浮力F_浮=ρ_水gV_A=……=240N

由圖①可得，f=F_A，

由圖②可得 

由圖③可得 

由圖乙可知：

解之：G_動=120N      =216N

效率η₁=； η₂=。 解之

（2）=……=432N

所以電動機(jī)的輸出功率P=F₁×5υ₁=……=216W

考點：本題為力學(xué)綜合題，考查了學(xué)生對重力公式、密度公式、阿基米德原理、效率公式、功率公式的掌握和運(yùn)用。

點評：此題為力學(xué)綜合題，考查了學(xué)生對重力公式、密度公式、阿基米德原理、效率公式、功率公式的掌握和運(yùn)用，做好三種情況下的受力分析得出相關(guān)關(guān)系式是本題的關(guān)鍵。