Question

5．小明參加社會實(shí)踐活動時，看到在玻璃生產(chǎn)車間，常用位于天車上的卷揚(yáng)機(jī)（其內(nèi)部有電動機(jī)提供動力）通過滑輪組和真空吸盤提升玻璃．天車可在導(dǎo)軌上左右移動，如圖所示．滑輪組和吸盤的總重為100N，玻璃的上表面積為1m²，吸盤覆蓋玻璃的面積為0.25m²．卷揚(yáng)機(jī)的額定電壓為380v，額定功率為1500W（不考慮卷揚(yáng)機(jī)的能量損失）．當(dāng)卷揚(yáng)機(jī)以額定功率工作時，通過滑輪組可提升質(zhì)量為90kg的玻璃并使玻璃以1m/s的速度勻速上升時，求：
（1）滑輪D（選填“C”“D”或“C和D”）是動滑輪，滑輪組的繩子自由端上升的速度為3m/s，吸盤內(nèi)氣壓的比外界的大氣壓至少小3600Pa；
（2）如天車向右移動，導(dǎo)軌對支架A的壓強(qiáng)變�。ㄟx填“變大”“變小”或“不變”）；
（3）求當(dāng)卷揚(yáng)機(jī)正常工作時的電流；
（4）求整個裝置提升玻璃的效率．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)動滑輪的特點(diǎn)分析；根據(jù)連接動滑輪繩子的段數(shù)分析速度大��；由于大氣壓的作用吸盤能吸起玻璃，由G=F=△pS=（p₀-p_內(nèi)）S計(jì)算；
（2）根據(jù)杠桿的平衡條件分析導(dǎo)軌對A的壓力變化情況，分析對A的壓強(qiáng)變化情況；
（3）由P=UI計(jì)算電流；
（4）由圖知，通過動滑輪繩子的段數(shù)n，卷揚(yáng)機(jī)對滑輪組做功是有用功，消耗電能是總功，由效率公式計(jì)算卷揚(yáng)機(jī)的機(jī)械效率．

解答 解：
（1）由圖可知，滑輪D在卷揚(yáng)機(jī)工作時會上升一定的高度，故D是動滑輪；
由圖可知，此時有三段繩子拉著動滑輪，玻璃以1m/s的速度勻速上升時，則滑輪組的繩子自由端上升的速度為3m/s；
由題知，吸盤內(nèi)氣壓小于外界大氣壓，在大氣壓的作用下玻璃被壓在吸盤上，根據(jù)力的平衡條件有：G=F=（p₀-p_內(nèi)）S，p₀-p_內(nèi)=$\frac{G}{S}$=$\frac{mg}{S}$=$\frac{90kg×10N/kg}{0.25{m}^{2}}$=3600Pa；
（2）由題知，將導(dǎo)軌看成一個杠桿，支點(diǎn)為B，天車對導(dǎo)軌的壓力為動力，A對導(dǎo)軌的支持力為阻力；當(dāng)天車向右移動時，動力不變，動力臂減小，阻力臂BA不變，根據(jù)杠桿的平衡條件可知，A對導(dǎo)軌的支持力減�。桓鶕�(jù)力的作用的相互性，導(dǎo)軌對A的壓力減小，由p=$\frac{F}{S}$可知，導(dǎo)軌對支架A的壓強(qiáng)變小；
（3）由P=UI可得，卷揚(yáng)機(jī)工作時的電流：I=$\frac{P}{U}$=$\frac{1500W}{380V}$≈3.9A；
（4）由圖知，通過動滑輪繩子的段數(shù)n=3，由題知，提升玻璃的有用功率P_有=900N×1m/s=900W，消耗的電能是總功，卷揚(yáng)機(jī)的機(jī)械效率：
η′=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{{P}_{有}t}{Pt}$=$\frac{900W}{1500W}$=60%．
答：（1）D；3；3600；（2）變��；（3）卷揚(yáng)機(jī)工作時的電流為3.9A；（3）卷揚(yáng)機(jī)的機(jī)械效率60%．

點(diǎn)評 本題考查了杠桿平衡條件的應(yīng)用、壓強(qiáng)公式的應(yīng)用、機(jī)械效率公式、功率公式的應(yīng)用等，考查知識點(diǎn)多，綜合性強(qiáng)，有一定難度．