Question

玻璃是由熾熱的玻璃液體冷卻后形成的．受油滴能在水面均勻分布開(kāi)來(lái)的啟發(fā)，科研人員發(fā)明了一種制取平板玻璃的方法．其主要過(guò)程是讓玻璃液體浮于某溶液表面上，冷凝后用真空吸盤吊運(yùn)，如圖所示．（g 取10N/kg ）
（l）該方法的關(guān)鍵是能否找到會(huì)浮起玻璃液體的一種溶液，你認(rèn)為這種溶液應(yīng)具備怎樣的物理特征？（說(shuō)出兩點(diǎn)）
（2）一塊質(zhì)量為60kg 的平板玻璃，冷凝后用真空吸盤吊運(yùn)，若當(dāng)時(shí)大氣壓為l×10⁵ Pa，則吸盤的面積至少是多少？
（3）電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，兩端的電壓為220v，通過(guò)它的電流為4A，對(duì)滑輪組的鋼繩的拉力為400N在15s內(nèi)將上述玻璃板提升lm，在此過(guò)程中需克服玻璃板的重力做多少功？滑輪組的機(jī)械效率為多大？電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為多大？

Answer 1

分析：（1）從液體的密度和沸點(diǎn)兩方面分析；
（2）知道平板玻璃的質(zhì)量，再利用重力公式求平板玻璃的重；能吊起時(shí)，平板玻璃受到的拉力至少等于平板玻璃重，而平板玻璃受到的拉力根據(jù)F=ps求出，據(jù)此求出吸盤的最小面積；
（3）將平板玻璃提升1m，利用W_有用=Gh求克服重力做功，利用W_總=Fs，則滑輪組的機(jī)械效率利用η=

W有用

W總

求得；
因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)工作時(shí)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能，則首先根據(jù)消耗的電能和做的總功，求出電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的內(nèi)能，再由焦耳定律Q=I²Rt求電動(dòng)機(jī)線圈的電阻．

解答：解：（1）要讓玻璃浮在液體面上，溶液的密度大于玻璃的密度；并且液體的沸點(diǎn)要高于熾熱玻璃液體的溫度；
（2）平板玻璃重：G=mg=60kg×10N/kg=600N，
能吊起時(shí)，平板玻璃受到的拉力：
F=ps≥G，即：1×l0⁵Pa×s≥600N，
∴s≥6×10^-3m²；
（3）克服玻璃板的重力做W_有用=Gh=600N×1m=600J．
∵滑輪組承擔(dān)動(dòng)滑輪的繩子股數(shù)為2股，則s=2h=2×1m=2m，
∴對(duì)滑輪組做的總功W_總=Fs=400N×2m=800J
∴η=

W有用

W總

=

600J

800J

=75%，
電動(dòng)機(jī)工作時(shí)消耗的電能為W=UIt=220V×4A×15s=13200J，
則轉(zhuǎn)化為的內(nèi)能：Q=W-W_總=13200J-800J=12400J
∴由Q=I²Rt得：
電動(dòng)機(jī)線圈的電阻R=

Q

I2t

=

12400J

(4A)2×15s

≈51.7Ω．
答：（1）溶液應(yīng)具備密度比液體的密度大、沸點(diǎn)比玻璃溫度高的特點(diǎn)；
（2）吸盤的面積至少是6×10^-3m²；
（3）此過(guò)程中需克服玻璃板的重力做600J；滑輪組的機(jī)械效率為75%，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為51.7Ω．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了學(xué)生對(duì)重力公式、壓強(qiáng)公式、功的公式的掌握和運(yùn)用，特別注意的是電動(dòng)機(jī)工作時(shí)能量的轉(zhuǎn)化，消耗的電能只是一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以電動(dòng)機(jī)線圈的電阻不能應(yīng)用歐姆定律求解．