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(2013?大兴区一模)如图是一种新型吊运设备的简化模型示意图,图中虚线框里是滑轮组(未画出),滑轮组绳子的自由端由电动机拉动.工人师傅用该吊运设备匀速打捞落入水中的圆柱形物体A.物体A的底面积为200cm2,高为8m.当物体A露出水面2m时,绳子用竖直向上T1的力拉物体A,电动机对滑轮组绳子自由端的拉力F1为2400N,当物体A露出水面4m时,绳子用竖直向上T2的力拉物体A,电动机对滑轮组绳子自由端的拉力为F2,机械效率为82%.拉力F2的功率为600w,已知TI:T2=39:41.不计绳的质量,不计滑轮与轴的摩擦.(g=10N/kg),求:
(1)此滑轮组匀速上升的速度v;
(2)此滑轮组最高的机械效率.
分析:(1)①已知物体的底面积和高度以及两种情况下露出水面的高度,利用阿基米德原理可以得到两种情况下物体受到的浮力;
②物体在水中受到三个力的作用:重力G、浮力F浮和滑轮组的拉力T,根据两种情况下拉力的比例关系已知,据此得到物重G;
③滑轮组对物体的拉力做的功是有用功,对物体的拉力做的功及克服动滑轮重做的功之和为总功,有用功与总功之比为机械效率.已知第二次的机械效率、物重和此时的浮力,从而得到动滑轮的重力;
④不计绳的质量,不计滑轮与轴的摩擦,作用在绳子自由端的拉力是滑轮组对物体拉力和动滑轮重的n分之一,已知第一次作用在绳子自由端的拉力和动滑轮的重力,可以得到作用在动滑轮上的绳子的段数n;已知作用在动滑轮上的绳子段数、物重、此时的浮力和动滑轮重,可以得到此时作用在绳子自由端的拉力F2;已知拉力的功率和拉力,利用公式v=
P
F
得到手拉绳子的速度;已知手拉绳子的速度和绳子段数得到滑轮组上升的速度;
(2)在机械重一定时,物重越大,机械效率越大.当物体完全离开水面以后,滑轮组的拉力等于物体的重力,所以此时机械效率最大.
解答:已知:S=200cm2=0.02m2  H=8m  h1=2m  h2=4m  ρ水=1.0×103kg/m3  g=10N/kg 
T1
T2
=
39
41
  η2=82%  F1=2400N  P2=600W
求:(1)v=?(2)η最大=?
解:
(1)①∵F浮=ρ液gV排
∴两种情况下物体受到的浮力分别为F浮1=ρ水?g?S?(H-h1)=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.02m2×(8m-2m)=1200N
F浮2=ρ水?g?S?(H-h2)=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.02m2×(8m-4m)=800N
②物体在水中匀速上升过程中,G=F浮+T
∴T1=G-F浮1,T2=G-F浮2
T1
T2
=
G-F浮1
G-F浮2
=
39
41

代入数值得
G-1200N 
G-800N 
=
39
41

解得G=9000N;
③∵η=
W有用
W总
=
W有用
W有用+W额

∴82%=
G-F浮2
G-F浮2+G动

代入数值得82%=
9000N-800N
9000N-800N+G0

解得G动=1800N;
④∵F=
1
n
(G+G0)
∴作用在动滑轮上的绳子是段数为n=
G-F浮1+G动
F1
=
9000N-1200N+1800N
2400N
=4
第二次作用在绳子自由端的拉力为F2=
1
n
(G-F浮2+G动)=
1
4
(9000N-800N+1800N)=2500N
∵P=Fv
∴绳子自由端移动的速度为v=
P2
F2
=
600W
2500N
=0.24m/s
∴滑轮组匀速上升的速度为v物=
1
4
v=
1
4
×0.24m/s=0.06m/s;
(2)滑轮组的最大机械效率为η最大=
W有用
W有用+W额
=
G
G+G动
=
9000N
9000N+1800N
×100%≈83%.
答:(1)此滑轮组匀速上升的速度为0.06m/s;
(2)此滑轮组最高的机械效率约为83%.
点评:解决此类力学综合题,需要注意以下几点:①正确的受力分析,确定研究对象,明确物体受哪几个力,方向如何,在此基础上应用相应的公式确定等量关系;②计算过程中一定细心,避免书写或计算出错,可以随时检查,不要全部完成后再检查;③此题中机械效率随拉力的增大而增大.
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不变
不变
;(选填“升高”、“降低”或“不变”).
(3)把细线放得更长些,直至线松了,锚沉在盆底,记下此时对应的排水量为m3于是利用这些排水量测出了船锚的密度.,则锚的密度ρ=
m1-m3
m1-m2
?ρ水
m1-m3
m1-m2
?ρ水
.

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