Question

珠海有“發(fā)明大王”之稱的宋有洲經(jīng)過上千次試驗(yàn)之后，于2008年底研制出的“空中綠化存車亭”獲得國內(nèi)和國際專利．此亭集綠化、停車、防盜、戶外廣告于一體，存車時(shí)只需40秒就可以把車子“鎖上天”．圖乙為“空中綠化存車亭”的工作原理圖，其中A為存車架，O為桿OB的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，桿的B端固定懸掛泊車位置，BC為牽引OB桿轉(zhuǎn)動(dòng)的鋼絲繩，M為牽引鋼絲繩的電動(dòng)機(jī)．存車時(shí)，汽車開到存車架上，電動(dòng)機(jī)通過鋼絲繩BC將桿OB拉到一定高度固定；取車時(shí)，將OB桿放下使存車架落回地面．

請(qǐng)根據(jù)以上信息回答下列問題（忽略O(shè)B的重力和機(jī)械各部分的摩擦力）：
（1）圖乙中使用了 ______滑輪；它是 ______（選填“省力”“費(fèi)力”或“既不省力也不費(fèi)力”）的機(jī)械．
（2）如圖乙所示，小汽車從水平地面被提升到BC垂直于桿OB的過程中，作用在B點(diǎn)的動(dòng)力如何變化？為什么？
（3）專家建議遮陽棚上加裝太陽能光電板，給蓄電池充電，再由蓄電池給電動(dòng)機(jī)供電．若汽車的重為G₁、存車架的重為G₂、被提升的高度為h，桿OB的長為L；光電板平均每小時(shí)每平方米面積吸收太陽能為E，太陽平均每天照射時(shí)間為t小時(shí)，太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率為η₁，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為η₂．如果每天需存車的平均次數(shù)為N 次，忽略下降過程電動(dòng)機(jī)消耗的電能，請(qǐng)你選用相關(guān)數(shù)據(jù)（用字母表示）推導(dǎo)光電板面積至少是多少？（要求寫出推導(dǎo)過程）

Answer 1

【答案】分析：（1）滑輪輪軸固定的是定滑輪，定滑輪的動(dòng)力臂等于阻力臂，使用定滑輪不省力也不費(fèi)力，但可以改變力的方向；
（2）OB桿在提升過程，OB桿對(duì)B點(diǎn)的支持力方向與繩子拉力方向夾角越來越小，當(dāng)二者方向垂直時(shí)，拉力最小；
（3）解決此題要計(jì)算出有用功和總功，結(jié)合機(jī)械效率公式η=進(jìn)行計(jì)算．
解答：解：（1）圖乙中的滑輪輪軸都是固定的，所以都是定滑輪；定滑輪的特點(diǎn)是不省力，但可以改變力的方向；
故答案為：定，既不省力也不費(fèi)力；
（2）繩子的拉力和OB桿的支持力合力等于車及存車架的重力，當(dāng)OB桿在提升過程，OB桿對(duì)B點(diǎn)的支持力方向與繩子拉力方向夾角越來越小，當(dāng)BC繩與OB桿垂直時(shí)，繩子的拉力最小，在此過程中作用在B點(diǎn)的動(dòng)力越來越小；
（3）每天存N 次車需要做的有用功W_有=N（G₁+G₂）h；
每天面積為S的光電板吸收的太陽能Q=EtS；
太陽能轉(zhuǎn)化為電能W=Qη₁=EtSη₁；
由機(jī)械效率公式η=可知，η₂=；
所以需要的光電板面積S=；
答：需要的光電板面積S=．
點(diǎn)評(píng)：此類問題是結(jié)合杠桿和受力分析考查杠桿的分類方法和最小力問題；結(jié)合能量轉(zhuǎn)化考查機(jī)械效率問題．