Question

（2006?石景山區一模）如圖所示，用滑輪組將重為G=1360N的金屬打撈出水面，不計繩重、摩擦和水對金屬塊的阻力，作用在繩自由端拉力的功率始終保持1700W，金屬塊浸沒在水中時勻速提起的速度為v₁=1m/s，金屬塊的密度為8×10³kg/m³，取g=10N/kg．
求：（1）金屬塊未露出水面以前的機械效率η．
（2）金屬塊被提出水面后勻速提起的速度v₂．（計算結果保留到小數點后兩位）

Answer 1

分析：（1）根據v=2v′求出拉力速度，根據P=

W

t

=

Fs

t

=Fv求出滑輪組的拉力大小，再根據滑輪組對物體的拉力做的功為有用功，根據η=

W有用

W總

求出機械效率；
（2）根據F=

1

2

（G-F_浮+G_動）求出動滑輪重，再根據F=

1

2

（G+G_動）求出出水后的拉力，根據P=

W

t

=

Fs

t

=Fv求出拉力移動速度，根據v=2v′求出物體移動速度．

解答：解：（1）設繩子移動的速度為v，則v=2v₁=2×1m/s=2m/s，
∵P=

W

t

=

Fs

t

=Fv
∴拉力為F=

P

v

=

1700W

2m/s

=850N，
∵F_浮=ρ_水gV_排=ρ_水gV=ρ_水g

G

gρ金

=

ρ水

ρ金

G，
∴金屬塊未露出水面以前的機械效率：
η=

W有用

W總

×100%=

(G-F浮)h

F2h

×100%=

G×(1- ρ水 ρ金 )

2F

×100%=

1360N×(1- 1×103kg/m3 8×103kg/m3 )

2×850N

×100%=70%；
（2）∵不計繩重和摩擦，且F=

1

2

（G-F_浮+G_動），
∴動滑輪重：
G_動=2F+F_浮-G=2×850N-1360N+

1×103kg/m3

8×103kg/m3

×1360N=510N，
當金屬塊被拉出水面后，設繩子移動的速度為v′，作用于繩子自由端的拉力為F′，
則拉力F′=

1

2

（G+G_動）=

1

2

×（1360N+510N）=935N，
∵作用在繩自由端拉力的功率始終保持1700W，且P=

W

t

=

Fs

t

=Fv，
∴拉力移動速度：v′=

P

F′

=

1700W

935N

≈1.82m/s，
∴金屬塊被提出水面后勻速提起的速度：
v₂=

1

2

v′=

1

2

×1.82m/s=0.91m/s．
答：（1）金屬塊未露出水面以前的機械效率為70%；
（2）金屬塊被提出水面后勻速提起的速度為0.91m/s．

點評：此題主要考查的是學生對浮力、功率、滑輪組省力情況、機械效率、速度計算公式的理解和掌握，綜合性很強，難度很大．