Question

4．中國載人深潛器“蛟龍?zhí)枴睂τ谥袊�開發(fā)和利用深海的資源有著重要意義，開展科考任務(wù)時，用母船將“蛟龍?zhí)枴边\至指定海域，使用母船上的起降設(shè)備將“蛟龍?zhí)枴钡跗鸩⒔档胶Ｃ嫔�，如圖甲所示，該起降設(shè)備利用了液壓裝置、杠桿、滑輪組等．
（1）起降設(shè)備中滑輪組的結(jié)構(gòu)示意圖如圖乙所示，請你用筆畫線代表鋼絲繩，畫出最省力的繞線方法
（2）若在1min內(nèi)起降設(shè)備將“蛟龍?zhí)枴眲蛩偬嵘��?5m，該過程中鋼絲繩的拉力為6.95×10⁴N，則鋼絲繩的拉力的功率是多少？
（3）若在第（2）問的基礎(chǔ)上已知“蛟龍?zhí)枴钡馁|(zhì)量為22.24t，則滑輪組的機械效率是多少？（g=10N/kg）

Answer 1

分析 （1）在使用滑輪組提升重物時，既要考慮到它的省力情況，還應(yīng)注意動力的施力方向．．
（2）已知作用在動滑輪上的繩子段數(shù)和“蛟龍?zhí)枴鄙仙�的高度，可以得到鋼絲繩拉下的長度；已知拉力和鋼絲繩拉下的長度，可以得到拉力做的功；已知拉力做的功和做功時間，利用公式P=$\frac{W}{t}$得到拉力的功率．
（3）根據(jù)G=mg和W_有=Gh求出有用功，然后根據(jù)η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$即可求出滑輪組的機械效率．

解答 解：（1）對由一個動滑輪和一個定滑輪組成的滑輪組，可繞線方法有4股和5股兩種，兩種方法都達到了省力的目的，但拉力的方向不同，有5股繞線的方法拉力方向向上；有4股繞線的方法拉力方向向下，根據(jù)題意可知拉力方向向下，因此從定滑輪上固定．如圖所示：

（2）鋼絲繩端移動的距離：s=nh=4×15m=60m，
把“蛟龍?zhí)枴碧嵘?5m拉力做的功：W=Fs=6.95×10⁴N×60m=4.17×10⁶J．
鋼絲繩的拉力的功率：P=$\frac{W}{t}$=$\frac{4.17×1{0}^{6}J}{60s}$=6.95×10⁴W；
（3）“蛟龍?zhí)枴钡闹亓Γ篏=mg=22.24×10³kg×10N/kg=22.24×10⁴N；
有用功：W_有=Gh=22.24×10⁴N×15m=3.336×10⁶J；
滑輪組的機械效率：η=$\frac{{W}_{有}}{W}$×100%=$\frac{3.336×1{0}^{6}J}{4.17×1{0}^{6}J}$×100%=80%．
答：（2）鋼絲繩的拉力的功率是6.95×10⁴W；
（3）滑輪組的機械效率是80%．

點評 本題考查了滑輪組的繞法、有用功、總功、功率以及機械效率的計算，關(guān)鍵能從圖中讀出提升物體繩子的條數(shù)．