如图所示,用滑轮组将重为G=1800N的金属块打捞出水面,不计绳重、摩擦和水对金属块的阻力,作用在绳自由端拉力的功率始终
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解题思路:(1)从图可知,有三段绳子吊着金属块,知道金属块浸没在水中的速度,则可以计算出绳子自由端拉力移动的距离,知道绳子自由端拉力的功率,则可利用公式F=[P/v]计算绳子自由端拉力的大小,金属块浸没在水中,此时金属块排开水的体积等与金属块的体积,结合物体的重力和阿基米德原理计算出金属块所受的浮力,当工件浸没在水中时,金属块受到重力、浮力和拉力的作用,金属块对绳子的拉力等于金属块的重力减去金属块所受的浮力,再利用公式η=

W

有用

W

=

F

h

FS

=

(G−

F

)h

Fnh

=

G−

F

nF

(2)在(1)已经求出了绳子自由端拉力的大小,则可利用公式F=[1/n](G-F+G)计算出动滑轮的重力,当金属块被拉出水面后,金属块受到重力和拉力的作用,设绳子自由端移动的速度为v′,作用于绳子自由端的拉力为F′,则可利用公式F'=[1/n](G+G)计算此时绳子自由端的拉力,而绳自由端拉力的功率始终保持1680W,则可利用公式v'=[P/F′]计算绳子自由端移动的速度,从而可以计算出金属块被提出水面后匀速提起的速度.

(1)从图可知,有三段绳子吊着金属块,v1=0.8m/s,

则绳子自由端移动的速度为:v=nv1=3×0.8m/s=2.4m/s,

而P=1680W,

∴绳子自由端的拉力为:F=[P/v]=[1680W/2.4m/s]=700N,

又∵金属块排开水的体积等与金属块的体积,金属块的重力为G=1800N

则FgVgVg[G

gρ金=

ρ水

ρ金G,

而金属块对绳子的拉力等于金属块的重力减去金属块所受的浮力,

∴η=

G−F浮/nF]=

G(1−

ρ水

ρ金)

nF=

1800N(1−

1

8)

3×700N=75%.

(2)∵不计绳重和摩擦

∴F=[1/n](G-F+G),

则G=nF-(G-F)=3×700N-1800N(1-[1/8])=525N,

当金属块被拉出水面后,设绳子自由端移动的速度为v′,作用于绳子自由端的拉力为F′,

则F'=[1/n](G+G)=[1/3](1800N+525N)=775N,

∵作用在绳自由端拉力的功率始终保持1680W,

∴此时绳子自由端移动的速度为:v'=[P/F′]=[1680W/775N]≈2.17m/s,

∴v2=[1/n]v'=[1/3]×2.17m/s≈0.72m/s.

答:

(1)金属块未露出水面以前的机械效率为75%;

(2)金属块被提出水面后匀速提起的速度为0.72m/s.

点评:

本题考点: 滑轮(组)的机械效率;二力平衡条件的应用;阿基米德原理.

考点点评: 本题的综合性很强,难度很大,所涉及的知识面比较广:拉力,浮力,体积,平衡力及其应用,相互作用力,滑轮组及其机械效率,功率的计算.解答本题的关键是要理清题意,要学会对物体进行受力分析.像解答这类题时,一定要沉着应对,切不可急于求成.