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
总
=
F
拉
h
FS
=
(G−
F
浮
)h
Fnh
=
G−
F
浮
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浮+G动)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动)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F浮=ρ液gV排=ρ液gV金=ρ水g[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浮+G动),
则G动=nF-(G-F浮)=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动)=[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.