Question

20．停車難是如今城市普遍存在的問題，圖甲是一“路邊空中存車亭”；存車時(shí)只需40秒就可以把車子“鎖上天”．圖乙為“存車亭”的工作原理圖，其中A為存車架，O為桿OB的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，桿的B端固定懸掛泊車裝置，BC為牽引OB桿轉(zhuǎn)動(dòng)的鋼絲繩，M為牽引鋼絲繩的電動(dòng)機(jī)．存車時(shí)，汽車開到存架上，電動(dòng)機(jī)通過鋼絲繩BC將桿OB拉到一定高度固定；取車時(shí)，將OB桿放下使存車架落回地面．
請(qǐng)根據(jù)以上信息回答下列問題（忽略O(shè)B的重力和機(jī)械各部分的摩擦力）：
（1）圖乙中的C的作用是改變力的方向．
（2）如圖乙所示，小汽車從水平地面被提升到BC垂直于桿OB的過程中，作用在B點(diǎn)的動(dòng)力如何變化？
變小．（選填“變大”、“變小”或“不變”）
（3）“存車亭”遮陽棚上裝有太陽能光電板，給蓄電池充電，再由蓄電池給電動(dòng)機(jī)供電．若汽車的質(zhì)量為1200千克、存車架的重力為8000牛、被提升的高度為3米；光電板平均每小時(shí)每平方米面積吸收太陽能為3×10⁵焦，太陽平均每天照射時(shí)間為10小時(shí)，太陽能最終有10%轉(zhuǎn)化為汽車和存車架的機(jī)械能．如果每天需存車的平均次數(shù)為10次，忽略下降過程電動(dòng)機(jī)消耗的電能，則光電板的面積至少為多少平方米？

Answer 1

分析 （1）使用定滑輪不省力也不費(fèi)力，但可以改變力的方向；
（2）OB桿在提升過程，力臂越來越大，當(dāng)二者方向垂直時(shí)，力臂是最大的，拉力最�。�
（3）解決此題要計(jì)算出有用功和總功，結(jié)合太陽能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率η=$\frac{{W}_{有}}{E}$進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：
（1）圖乙中使用了定滑輪，定滑輪的特點(diǎn)是不省力，但可以改變力的方向；
 （2）小汽車從水平地面被提升到BC垂直于桿OB的過程中，動(dòng)力的力臂逐漸變大、阻力臂變小（如下圖所示），根據(jù)杠桿的平衡條件F₁L₁=F₂L₂ 可知，在此過程中作用在B點(diǎn)的動(dòng)力越來越�。�

（3）每天存10次車需要做的有用功：
W_有=10×（m_車g+G_車架）h=10×（1200kg×10N/kg+8000N）×3m=600000J；
由題知，光電板平均每小時(shí)每平方米面積吸收太陽能E₀=3×10⁵J，
則每天面積為S的光電板吸收的太陽能E=E₀tS=3×10⁵J×10×S；
太陽能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率η=$\frac{{W}_{有}}{E}$，即10%=$\frac{600000J}{3×1{0}^{5}J×10×S}$，
解得S=2m²．
故答案為：（1）改變力的方向；（2）變小；（3）2m²．

點(diǎn)評(píng) 此類問題是結(jié)合杠桿和受力分析考查定滑輪的作用以及最小力問題．