Question

用滑輪組將密度為 2.8×10³kg/m³，質量為56kg金屬塊完全在水中勻速提升0.5m，加在繩子自由端的拉力是F，動滑輪中120N，如圖所示．不計繩重及摩擦，g取10N/kg，則下列說法正確的是（ ）

A．金屬塊受到的重力與浮力是平衡力
B．拉力F的有用功是280J
C．金屬塊受到的浮力是200N
D．滑輪組的機械效率是75%

Answer 1

【答案】分析：（1）因金屬塊完全浸沒，所以排開液體的體積和本身的體積相等，根據V=求出金屬塊的體積，利用F_浮=ρgV_排求出金屬塊受到的浮力；
（2）因金屬塊勻速上升再對金屬塊受力分析求出繩子對金屬塊的拉力，然后根據二力平衡條件判斷金屬塊受到的重力與浮力是不是平衡力；
（3）根據平衡力的條件求出滑輪組對金屬塊的拉力，利用W=Fh求出拉力F的有用功；
（4）由滑輪組可知繩子的有效股數，根據F=（F_拉+G_動）求出滑輪組繩子的拉力，根據W=Fs求出總功，利用η=×100%求出滑輪組的機械效率．
解答：解：（1）金屬塊的體積：
V===0.02m³，
∵金屬塊完全浸沒，
∴金屬塊受到的浮力：
F_浮=ρgV_排=ρgV=1.0×10³kg/m³×10N/kg×0.02m³=200N，故C正確；
（2）對金屬塊受力分析可知：受到豎直向上的拉力F_拉和浮力F_浮、豎直向下的重力G，
∴金屬塊受到的重力與浮力不是平衡力，故A不正確；
（3）∵物體勻速上升，
∴F_拉=G-F_浮=mg-F_浮=56kg×10N/kg-200N=360N；
拉力F的有用功：
W_有=F_拉h=360N×0.5m=180J，故B不正確；
（4）由滑輪組可知繩子的有效股數n=2，
∴滑輪組繩子的拉力：
F=（F_拉+G_動）=（360N+120N）=240N，
拉力做的總功：
W_總=Fs=Fnh=240N×2×0.5m=240J，
∴滑輪組的機械效率：
η=×100%=×100%=75%，故D正確．
故選CD．
點評：本題涉及到的知識點較多，如體積和浮力的計算、機械效率的計算，有用功、總功的理解和運用等，綜合性較強，有一定的難度；要特別注意物體不僅受重力和拉力，還要受水給它的浮力．