Question

（2011?海淀區(qū)二模）如圖是利用液壓汽車起重機(jī)從水中打撈重物的示意圖．A是動(dòng)滑輪，B是定滑輪，C是卷?yè)P(yáng)機(jī)，D是油缸，E是柱塞，吊臂OB始終處于水平狀態(tài)．作用在動(dòng)滑輪上共三股鋼絲繩，卷?yè)P(yáng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使鋼絲繩帶動(dòng)動(dòng)滑輪上升提起重物．當(dāng)重物在水中勻速上升時(shí)起重機(jī)對(duì)地面的壓力為F₁，柱塞E對(duì)吊臂的支撐力為N₁，滑輪組的機(jī)械效率為η₁；重物被完全提出水面后勻速上升時(shí)起重機(jī)對(duì)地面的壓力為F₂，柱塞E對(duì)吊臂的支撐力為N₂，滑輪組的機(jī)械效率為η₂．已知?jiǎng)踊�輪A的質(zhì)量m_A為250kg，重物被拉出水面后上升的速度v為0.2m/s，F(xiàn)₁ 為1.2×10⁵N，F(xiàn)₂為1.5×10⁵N，N₁：N₂=13：25．若吊臂、定滑輪、鋼絲繩的重以及機(jī)械摩擦不計(jì)，g取10N/kg，求：
（1）被打撈的重物浸沒在水中時(shí)受到的浮力F_浮的大��；
（2）滑輪組的機(jī)械效率η₁與η₂之比；
（3）被打撈的重物完全提出水面后，卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引力的功率．

Answer 1

分析：（1）以液壓汽車起重機(jī)和被提升的重物為研究對(duì)象，做出受力示意圖，重物在水中勻速上升時(shí)，F(xiàn)₁′+F_浮=G₀+G，F(xiàn)₁=F₁′；重物被完全提出水面勻速上升時(shí)，F(xiàn)₂′=G₀+G，F(xiàn)₂=F₂′，知道F1F2的大小，求重物浸沒在水中時(shí)受到的浮力F_浮的大��；
（2）以動(dòng)滑輪A和被提升的重物為研究對(duì)象，做出受力示意圖，被提升的重物在水中勻速上升時(shí)，3T₁=G_A+G-F_浮；被提升的重物被拉出水面后勻速上升時(shí)，3T₂=G_A+G；以杠桿BFO為研究對(duì)象，可得：3T?₁×BO=N₁×FO，3T?₂×BO=N₂×FO，而T₁=T?₁，T₂=T?₂，求出G的大��；再利用效率公式求兩種情況下的效率之比；
（3）利用P=Fv求重物離開水面后，卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引力的功率．

解答：解：（1）以液壓汽車起重機(jī)和被提升的重物為研究對(duì)象，重物在水中勻速上升時(shí)，受力分析如圖1所示，重物被完全提出水面勻速上升時(shí)，受力分析如圖2所示．

F₁′+F_浮=G₀+G，------①
F₂′=G₀+G，------------②
F₁=F₁′，F(xiàn)₂=F₂′
由①②解得：F_浮=F₂-F₁=1.5×10⁵N-1.2×10⁵N=3×10⁴N；
（2）以動(dòng)滑輪A和被提升的重物為研究對(duì)象，被提升的重物在水中勻速上升時(shí)，受力分析如圖3所示，被提升的重物被拉出水面后勻速上升時(shí)，受力分析如圖4所示．
3T₁=G_A+G-F_浮，----------③
3T₂=G_A+G，---------------④

③

④

得：

3T1

3T2

=

GA+G-F浮

GA+G

以杠桿BFO為研究對(duì)象，兩個(gè)狀態(tài)的受力分析如圖5和圖6所示．
3T?₁×BO=N₁×FO，-------------⑤
3T?₂×BO=N₂×FO，-----------⑥
T₁=T?₁，T₂=T?₂

⑤

⑥

得：

3T′1

3T′2

=

3T1

3T2

=

N1

N2

=

13

25

所以：

3T1

3T2

=

GA+G-F浮

GA+G

=

13

25

，

2.5×103N+G-3×104N

2.5×103N+G

=

13

25

解得：G=6×10⁴N；
η₁=

W有1

W總1

=

(G-F浮)h

T1S

=

G-F浮

3T1

----------------⑦
η₂=

W有2

W總2

=

Gh

T2S

=

G

3T2

-------------------⑧

⑦

⑧

得：

η1

η2

=

G-F浮

3T1

×

3T2

G

=

6×104N-3×104N

6×104N

×

25

13

=

25

26

（3）重物被拉出水面后，卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引力的功率：
P=T₂×3v=

GA+G

3

×3v
=（G_A+G）v=（2.5×10³N+6×10⁴N）×0.2m/s=1.25×10⁴W．
答：（1）被打撈的重物浸沒在水中時(shí)受到的浮力F_浮的大小為3×10⁴N；
（2）滑輪組的機(jī)械效率η₁與η₂之比25：26；
（3）被打撈的重物完全提出水面后，卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引力的功率為1.25×10⁴W．

點(diǎn)評(píng)：本題為力學(xué)綜合題，要求靈活選用公式計(jì)算，能畫出受力示意圖幫助分析題意是本題的關(guān)鍵．