Question

在一溶液池內(nèi)有一個(gè)正方體的金屬塊沉在池底，小華利用滑輪組將其勻速提出液面，提升過程中，滑輪組繩端拉力F與金屬塊底部到池底的距離h的關(guān)系，如圖27 所示．已知金屬塊被提出液面后，滑輪組的機(jī)械效率為75%．（假設(shè)溶液池足夠大，金屬塊被提出液面前后液面高度不變，不計(jì)繩重及摩擦，g取10N/kg）求：
（1）金屬塊浸沒在液面下所受浮力；
（2）金屬塊的密度；
（3）金屬塊露出液面前，滑輪組的機(jī)械效率．

Answer 1

解：（1）根據(jù)題意及圖象可得：金屬塊浸沒時(shí)滑輪組繩端拉力F₁=1200N，金屬塊離開液面時(shí)滑輪組繩端拉力F₂=1600N，正方體邊長(zhǎng)L=0.5m，滑輪組繩子的股數(shù)n=3，
因不計(jì)繩重及摩擦，則：
F₁=（G+G_動(dòng)-F_浮）=（G+G_動(dòng)-F_浮）-----------①
F₂=（G+G_動(dòng)）=（G+G_動(dòng)）-------------------②
②式-①式得：F_浮=3×（F₂-F₁）=3×（1600N-1200N）=1200N．
（2）當(dāng)金屬塊被提出水面后則：η′==，
∴G=nF₂η′=3×1600N×75%=3600N；
∴ρ====2880kg/m³．
（3）將G=3600N，F(xiàn)₂=1600N代入②式可得：
G_動(dòng)=3F₂-G=3×1600N-3600N=1200N；
∴金屬塊被提出水面前機(jī)械效率為：
η===≈66.7%．
答：（1）金屬塊浸沒在液面下所受浮力為1200N．
（2）金屬塊的密度為2880kg/m³；
（3）金屬塊露出液面前，滑輪組的機(jī)械效率為66.7%．
分析：（1）根據(jù)圖乙中的相關(guān)數(shù)據(jù)得出：金屬塊浸沒時(shí)滑輪組繩端拉力F₁和金屬塊離開液面時(shí)滑輪組繩端拉力F₂，因不計(jì)繩重及摩擦，根據(jù)拉力與重物和動(dòng)滑輪重力之間的關(guān)系得：F₁=（G+G_動(dòng)-F_浮）、F₂=（G+G_動(dòng)）．然后代入數(shù)據(jù)即可求出浮力．
（2）根據(jù)機(jī)械效率η==代入數(shù)據(jù)即可求出金屬塊重力，然后根據(jù)密度公式求金屬塊密度；
（3）先求出動(dòng)滑輪的重力，然后利用機(jī)械效率η==求機(jī)械效率．
點(diǎn)評(píng)：此題難度很大，對(duì)我們理解題意的能力和公式的熟練運(yùn)用提出了較高的要求，計(jì)算也較為煩瑣，需要把握的關(guān)鍵點(diǎn)是要能從圖中找出有用的信息，能對(duì)物體在液面以下、露出液面過程中、露出液面以后的情況進(jìn)行單獨(dú)分析，并出找其中關(guān)鍵物理量的聯(lián)系．