题文

为了将放置在水平地面上、重G=100 N的重物提升到高处。小明同学设计了图（甲）所示的滑轮组装置。当小明用图（乙）所示随时间变化的竖直向下拉力F拉绳时，重物的速度υ和上升的高度h随时间t变化的关系图像分别如图（丙）和（丁）所示。若重物与地面的接触面积S=5×10-2m2，不计摩擦，绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向。求： （1）在2~3s内，拉力F的功率P及滑轮组的机械效率η。 （2）在1~2s内，拉力F做的功W。 （3）在0~1s内，重物对地面的压强p。

题型：计算题  难度：中档

答案

解： （1）在2~3s内，重物做匀速运动，υ3=2.50 m/s，拉力F3=40 N，因为连接动滑轮的绳子有三根，所以拉力F的作用点下降的距离是重物上升高度h3的三倍。 P= F3υ3=100 W η=（W有用/W总）×100%=[Gh3/（3F3h3）] ×100% =83.33%； （2）在1~2s内，拉力F2=50 N，重物上升高度h2=1.25 m W=3F2h2 代入数据解得W=187.5 J （3）设动滑轮重为G动 G动=3F3-G=20N 在0~1s内，拉力F1=30N。把动滑轮和重物看成整体，则这个整体受到向下的重力、向上的支持力以及三根绳向上的拉力作用处于静止状态。 支持力F支=G+G动-3F1=30 N 重物对地面的压力F压= F支=30 N P=F压/S=30 N/（5×10-2m2）=600 Pa。

据专家权威分析，试题“为了将放置在水平地面上、重G=100N的重物提升到高处。小明同学设..”主要考查你对  功率的计算，压强的大小及其计算，功的计算，滑轮（组）的机械效率  等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下：

功率的计算压强的大小及其计算功的计算滑轮（组）的机械效率

考点名称：功率的计算

• 功率的计算公式：
  （1）P=W/t，其中P代表功率，单位为W，W代表功，单位为J；t代表时间，单位为s。
  （2）因为P=W/t，W=Fs，v=s/t，所以P=W/t=Fs/t=Fv，P=Fv是功率的又一表达式。

• 公式法计算功率：
       运用时一定要注意三个量的对应关系。“W”一定是对应“t”完成的，不能张冠李戴。单位要统一，P、W、t的单位分别为瓦、焦、秒。
  例1 如图所示，铁明同学向上跳台阶进行晨练，铁明重500N，在10s内匀速连跳12个台阶，每个台阶的高度为0．2m。在这个过程中，已知铁明克服摩擦做功为2800J，求出此过程中：
  
  (1)铁明竖直向上跳的平均速率多大?
  (2)铁明克服重力做功是多少?
  (3)铁明做功的总功率多大?
  解析：竖直向上跳的平均速度可以通过向上跳的总高度与所用时间利用速度公式求出，克服重力做功等于重力与高度的乘积，即，总功率可以通过所做的总功和时间利用功率公式求得。
  （1）0.24m/s
  （2）
  （3）
  
  例2在打捞海底沉船时，常用水下机器人潜入水下打捞船上物品，已知ρ_海水=1．03×10³kg／m³。
  (1)机器人在水下70m处受到海水产生的压强是多大?
  (2)某时刻机器人在水下用竖直向上的力举着体积为0.02m³，密度为2.7×10³kg/m³的物体静止不动，求该力的大小。
  (3)若机器人在水下运动时，所受海水阻力与速度的关系如图所示，求机器人在水下以0．5m／s的水平速度匀速运动时，机器人水平推进力的功率。
  
  解析：（1）由液体压强公式得，，
  （2）物体在水下受平衡力的作用，则
  则
  （3）由题图可知，海水阻力与机器人的运动速度成正比，当机器人运动速度为0．5m/s时，f=175N 机器人匀速前进时，机器人水平推进力F=f