Question

【題目】2015年10月5日考古學(xué)家在黃海海域發(fā)現(xiàn)甲午海戰(zhàn)沉船“致遠(yuǎn)艦”的消息轟動(dòng)了整個(gè)考古界，隨著水下考古工作的進(jìn)行，一些重要文物近日陸續(xù)出水重見(jiàn)天日，關(guān)于這艘在海水中沉睡了120余年的戰(zhàn)艦是如何被打撈起的謎題也逐步解開(kāi)。現(xiàn)某課外活動(dòng)小組，照此設(shè)計(jì)了如圖所示的簡(jiǎn)單機(jī)械，模擬打撈沉船，實(shí)驗(yàn)中用實(shí)心立方體A代替沉船，已知A的體積為0.1m3 ， 質(zhì)量為280kg（設(shè)整個(gè)過(guò)程A均為勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，忽略鋼纜繩重及滑輪摩擦，不考慮風(fēng)浪，水流等因素的影響）
①A完全浸沒(méi)在水中時(shí)受到的浮力是多大？（ρ水=1.0×103kg/m3）；
②若A完全浸沒(méi)在水中時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率為60%，那么A完全打撈出水面后，岸上鋼繩的拉力F為多大？
③若A完全打撈出水面后，以0.1m/s的速度被勻速提升，求岸上鋼繩拉力F的功率。

Answer 1

【答案】解：①A完全浸沒(méi)在水中時(shí)受到的浮力：
F浮=ρgV排=ρgV=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×0.1m3=980N；
②物體A的重力：
G=mg=280kg×9.8N/kg=2744N，
A完全浸沒(méi)在水中時(shí)，總功為W總=（G+G動(dòng)﹣F浮）h，有用功為W有=（G﹣F浮）h，
所以，滑輪組的機(jī)械效率：
η= ×100%= ×100%= ×100%= ×100%=60%，
解得：G動(dòng)=1176N，
由圖可知，n=5，
A完全打撈出水面后，岸上鋼繩的拉力：
F= （G+G動(dòng)）= ×（2744N+1176N）=784N；
③A完全打撈出水面后，以0.1m/s的速度被勻速提升時(shí)，繩端的速度：v繩=nv物=5×0.1m/s=0.5m/s，
岸上鋼繩拉力F的功率：P=Fv繩=784N×0.5m/s=392W。
答：①A完全浸沒(méi)在水中時(shí)受到的浮力是980N；②A完全打撈出水面后，岸上鋼繩的拉力F為為784N；③岸上鋼繩拉力F的功率為392W．
【解析】①A完全浸沒(méi)在水中時(shí)排開(kāi)水的體積和自身的體積相等，根據(jù)阿基米德原理求出受到的浮力；②根據(jù)G=mg求出物體A的重力，忽略鋼纜繩重及滑輪摩擦，克服物體重力和動(dòng)滑輪重力減去浮力做的功為總功，克服物體重力減去受到浮力做的功為有用功，根據(jù)η= ×100%表示出A完全浸沒(méi)在水中時(shí)滑輪組的機(jī)械效率即可求出動(dòng)滑輪的重力，再根據(jù)F= （G+G動(dòng)）求出A完全打撈出水面后岸上鋼繩的拉力；③根據(jù)v繩=nv物求出繩端移動(dòng)的速度，根據(jù)P= = =Fv求出岸上鋼繩拉力F的功率。本題考查了阿基米德原理和重力公式、做功公式、滑輪組機(jī)械效率公式、滑輪組拉力公式以及功率公式的應(yīng)用，明確有用功和總功是解題的關(guān)鍵。