如图1所示是某科技小组设计的打捞水中物体的装置示意图.A是动滑轮,B是定滑轮,C是卷扬机.卷扬机转动拉动钢丝绳通过滑轮组AB竖直提升水中的物体.在一次模拟打捞水中物体的作业中,在物体浸没水中匀速上升的过程中,船浸入水中的体积相对于动滑轮A未挂物体时变化了2dm3;在物体全部露出水面匀速上升的过程中,船浸入水中的体积相对于动滑轮A未挂物体时变化了3dm3,卷扬机所做的功随时间变化的图象如图2所示.物体浸没在水中和完全露出水面后卷扬机对钢丝绳的拉力分别为T1、T2,且T1与T2之比为5:7.钢丝绳的重、滑轮与轴的摩擦及水对物体的阻力均忽略不计.(g取10N/kg)求:
(1)物体的重力G;
(2)物体浸没在水中匀速上升的过程中,滑轮组AB的机械效率η;
(3)物体全部露出水面后匀速上升的速度v物.
网友回答
解:(1)在物体全部露出水面匀速上升的过程中,船浸入水中的体积相对于动滑轮A未挂物体时变化了3dm3,船增大的浮力F浮=ρgV排=1×103kg/m3×10N/kg×3×10-3m3=30N,即物体的重力为G=30N;
(2)在物体浸没水中匀速上升的过程中,船浸入水中的体积相对于动滑轮A未挂物体时变化了2dm3;船增大的浮力F浮′=ρgV排′=1×103kg/m3×10N/kg×2×10-3m3=20N,即动滑轮处绳子对物体的拉力为F1=20N;
物体浸没在水中匀速上升的过程中,T1=(F1+G动),
物体全部露出水面匀速上升的过程中,T2=(G+G动),且T1:T2=5:7,
解得:G动=5N,
滑轮组AB的机械效率:
η=×100%=×100%=×100%=×100%=×100%=80%;
(3)由图象可知,卷扬机做功的功率:P===3.5W,
∵P=Fv
∴卷扬机拉绳子的速度:v绳===0.3m/s,
物体全部露出水面后匀速上升的速度:v物=v绳=×0.3m/s=0.1m/s.
答:(1)物体的重力为30N;
(2)滑轮组AB的机械效率为80%;
(3)物体全部露出水面后匀速上升的速度为0.1m/s.
解析分析:(1)在物体全部露出水面匀速上升的过程中,船浸入水中的体积相对于动滑轮A未挂物体时变化了3dm3,根据F浮=ρgV排求出船增大的浮力,即为物体的重力;
(2)在物体浸没水中匀速上升的过程中,船浸入水中的体积相对于动滑轮A未挂物体时变化了2dm3;根据F浮=ρgV排求出船增大的浮力,即为动滑轮对物体的拉力;根据F=(G+G动)分别求出卷扬机对绳子的拉力大小,根据η=求出机械效率;
(3)根据图象求出卷扬机做功的功率,又知道卷扬机对绳子的拉力,求出卷扬机拉绳子的速度,进而求出物体上升的速度.
点评:此题是简单机械、浮力、功率、机械效率综合计算题,难度较大,能够分析出船在水中的浮力变化是解决此题的关键.