Question

玻璃是由熾熱的玻璃液體冷卻后形成的．受油滴能在水面均勻分布開來的啟發，科研人員發明了一種制取平板玻璃的方法．其主要過程是讓玻璃液體浮于某溶液表面上，冷凝后用真空吸盤吊運，如圖所示．（g 取10N/kg ）
（l）該方法的關鍵是能否找到會浮起玻璃液體的一種溶液，你認為這種溶液應具備怎樣的物理特征？（說出兩點）
（2）一塊質量為60kg 的平板玻璃，冷凝后用真空吸盤吊運，若當時大氣壓為l×10⁵ Pa，則吸盤的面積至少是多少？
（3）電動機工作時，兩端的電壓為220v，通過它的電流為4A，對滑輪組的鋼繩的拉力為400N在15s內將上述玻璃板提升lm，在此過程中需克服玻璃板的重力做多少功？滑輪組的機械效率為多大？電動機線圈的電阻為多大？

Answer 1

分析：（1）從液體的密度和沸點兩方面分析；
（2）知道平板玻璃的質量，再利用重力公式求平板玻璃的重；能吊起時，平板玻璃受到的拉力至少等于平板玻璃重，而平板玻璃受到的拉力根據F=ps求出，據此求出吸盤的最小面積；
（3）將平板玻璃提升1m，利用W_有用=Gh求克服重力做功，利用W_總=Fs，則滑輪組的機械效率利用η=

W有用

W總

求得；
因為電動機工作時電能轉化為機械能和內能，則首先根據消耗的電能和做的總功，求出電動機產生的內能，再由焦耳定律Q=I²Rt求電動機線圈的電阻．

解答：解：（1）要讓玻璃浮在液體面上，溶液的密度大于玻璃的密度；并且液體的沸點要高于熾熱玻璃液體的溫度；
（2）平板玻璃重：G=mg=60kg×10N/kg=600N，
能吊起時，平板玻璃受到的拉力：
F=ps≥G，即：1×l0⁵Pa×s≥600N，
∴s≥6×10^-3m²；
（3）克服玻璃板的重力做W_有用=Gh=600N×1m=600J．
∵滑輪組承擔動滑輪的繩子股數為2股，則s=2h=2×1m=2m，
∴對滑輪組做的總功W_總=Fs=400N×2m=800J
∴η=

W有用

W總

=

600J

800J

=75%，
電動機工作時消耗的電能為W=UIt=220V×4A×15s=13200J，
則轉化為的內能：Q=W-W_總=13200J-800J=12400J
∴由Q=I²Rt得：
電動機線圈的電阻R=

Q

I2t

=

12400J

(4A)2×15s

≈51.7Ω．
答：（1）溶液應具備密度比液體的密度大、沸點比玻璃溫度高的特點；
（2）吸盤的面積至少是6×10^-3m²；
（3）此過程中需克服玻璃板的重力做600J；滑輪組的機械效率為75%，電動機線圈的電阻為51.7Ω．

點評：本題考查了學生對重力公式、壓強公式、功的公式的掌握和運用，特別注意的是電動機工作時能量的轉化，消耗的電能只是一部分轉化為內能，所以電動機線圈的電阻不能應用歐姆定律求解．