Question

10．如圖是某水上打撈船起吊裝置結(jié)構(gòu)示意簡圖．某次打撈作業(yè)中，該船將沉沒于水下深處的一只密封貨箱打撈出水面，已知該貨箱體積為50m³，質(zhì)量是200t．（水的密度為1.0×10³kg/m³，g取10N/kg，不考慮風(fēng)浪、水流等的影響）
（1）貨箱完全浸沒在水中時受到的浮力是多少？
（2）貨箱完全出水后，又被勻速吊起1m，已知此時鋼纜拉力F為1×10⁶N，則在此過程中拉力F所做的功是多少？起吊裝置的滑輪組機(jī)械效率是多少？
（3）若貨箱從剛露出水面到完全出水的過程中是被勻速提升的，在此過程中，貨箱所受浮力將變小，滑輪組機(jī)械效率將變大（填變大、變小或不變）．

Answer 1

分析 （1）貨箱完全浸沒在水中時排開水的體積和自身的體積相等，根據(jù)阿基米德原理求出受到的浮力；
（2）由圖可知滑輪組繩子的有效股數(shù)，根據(jù)s=nh求出繩端移動的距離，根據(jù)W=Fs求出在此過程中拉力F所做的功，根據(jù)W=Gh求出有用功，利用η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%求出起吊裝置的滑輪組機(jī)械效率；
（3）若貨箱從剛露出水面到完全出水的過程中是被勻速提升的，排開水的體積變小，根據(jù)阿基米德原理可知貨箱所受浮力的變化，滑輪組對貨物的拉力變大，有用功在增大，額外功一定，有用功增大，機(jī)械效率增大．

解答 解：（1）貨箱完全浸沒在水中時受到的浮力：
F_浮=ρgV=1.0×10³kg/m³×10N/kg×50m³=5×10⁵N；
（2）由圖可知，n=4，則繩端移動的距離：
s=nh=4×1m=4m，
拉力做的功：
W_總=Fs=1×10⁶N×4m=4×10⁶J，
有用功：
W_有用=Gh=mgh=2×10⁵Kg×10N/kg×1m=2×10⁶J，
滑輪組的機(jī)械效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{2×1{0}^{6}J}{4×1{0}^{6}J}$×100%=50%；
（3）貨物從剛露出水到完全出水的過程中，排開水的體積逐漸減小，
由公式F_浮=ρ水gV可知，所受的浮力變逐漸變小；
在此過程中，滑輪組對貨物的拉力變大，有用功在變大，額外功不變，
由η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{有}+{W}_{額}}$×100%=$\frac{1}{1+\frac{{W}_{額}}{{W}_{有}}}$×100%可知，滑輪組的機(jī)械效率變大．
答：（1）貨箱完全浸沒在水中時受到的浮力是5×10⁵N；
（2）在此過程中拉力F所做的功是4×10⁶J，起吊裝置的滑輪組機(jī)械效率是50%；
（3）變��；變大．

點(diǎn)評 本題考查了阿基米德原理和做功公式、機(jī)械效率公式的應(yīng)用，會定量分析貨箱從剛露出水面到完全出水的過程中有用功和總功的變化是關(guān)鍵．