工人用滑輪組提升水中實(shí)心物體A,各段繩子都豎直,已知物體A的體積為40dm3,物體A的質(zhì)量為160kg,工人的質(zhì)量為70kg,當(dāng)工人豎直勻速拉動(dòng)物體A上升2m的過程中(物體A未露出水面),如圖所示,工人對水平地面的壓力為200N,g取10N/kg,求此過程中滑輪組的機(jī)械效率.

【答案】分析:由圖可知,使用滑輪組承擔(dān)物重的繩子股數(shù)n=3,則s=3h.
(1)知道工人的質(zhì)量,利用重力公式求工人的重力,工人對地面的壓力等于工人重減去繩子自由端的拉力,據(jù)此求繩子自由端的拉力,求出繩子自由端移動(dòng)的距離,利用W=Fs求工人做的總功;
(2)知道物體A的質(zhì)量,利用重力公式求物體A受到的重力;知道物體A的體積(排開水的體積),利用阿基米德原理求物體A受到的浮力,滑輪組對物體的拉力等于物體A重減去A受到的浮力,而滑輪組對物體做的有用功W有用=Fh,據(jù)此求使用滑輪組做的有用功;
(3)利用效率公式求滑輪組的機(jī)械效率.
解答:解:
(1)工人的重力:
G=mg=70kg×10N/kg=700N,
∵人對地面的壓力:
F=G-F,
∴使用滑輪組繩子自由端的拉力:
F=G-F=700N-200N=500N,
由圖知,n=3,則繩子自由端移動(dòng)的距離:
s=3h=3×2m=6m,
工人做的總功:
W=Fs=500N×6m=3000J;
(2)物體A受到的重力:
GA=mAg=160kg×10N/kg=1600N,
物體A受到的浮力:
FVg=ρVAg=1×103kg/m3×40×10-3m3×10N/kg=400N,
滑輪組對物體的拉力:
F=GA-F=1600N-400N=1200N,
滑輪組對物體做的有用功:
W有用=Fh=1200N×2m=2400J,
(3)滑輪組的機(jī)械效率:
η===80%.
答:此過程中滑輪組的機(jī)械效率為80%.
點(diǎn)評:本題考查了使用滑輪組有用功、總功、機(jī)械效率的計(jì)算,計(jì)算時(shí)注意有用功W有用=(GA-F),易錯(cuò)點(diǎn)!
練習(xí)冊系列答案
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(1)動(dòng)滑輪所受重力G動(dòng);
(2)物體A的密度ρA;
(3)滑輪組的機(jī)械效率η2;
(4)當(dāng)物體A完全在水面下時(shí),以0.1m/s的速度被勻速提升時(shí),人拉繩的功率P1

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(3)滑輪組的機(jī)械效率η2;
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