Question

1．在某建筑工地上，為了搬運(yùn)建筑材料，常常采用如圖所示的簡(jiǎn)單機(jī)械．鋼絲繩拉力由電動(dòng)機(jī)提供，電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為60%，電動(dòng)機(jī)消耗的電能除了線圈發(fā)熱外，全部用于對(duì)鋼絲繩做功．此滑輪組在2分鐘內(nèi)將重為4500牛的建筑材料勻速提升12米，所用的拉力為2000N（鋼絲繩重和摩擦不計(jì)）．求：
（1）滑輪組的機(jī)械效率．
（2）如果提供動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)在200V的電壓下工作，求此過(guò)程中流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流以及電動(dòng)機(jī)線圈電阻．

Answer 1

分析 （1）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(dòng)的距離，根據(jù)W=Gh=mgh求出有用功，根據(jù)W=Fs求出總功，利用η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}(cāng)}$×100%求出滑輪組的機(jī)械效率；
（2）知道拉力做的總功，根據(jù)效率公式求出電動(dòng)機(jī)消耗的電能，利用W=UIt求出流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流，電動(dòng)機(jī)消耗的電能減去拉力做的總功即為線圈發(fā)熱產(chǎn)生的熱量，利用Q=I²Rt求出電動(dòng)機(jī)線圈的電阻．

解答 解：（1）由圖可知，n=3，則繩端移動(dòng)的距離：
S=nh=3×12m=36m，
提升建筑材料所做的有用功：
W_有=Gh=4.5×10³N×12m=5.4×10⁴J，
拉力做的總功：
W_總=Fs=2000N×36m=7.2×10⁴J，
滑輪組的機(jī)械效率：
η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}(cāng)}$×100%=$\frac{5.4×1{0}^{4}J}{7.2×1{0}^{4}J}$×100%=75%；
（2）由η′=$\frac{{W}_{總}(cāng)}{{W}_{電}}$×100%可得，消耗的電能：
W_電=$\frac{{W}_{總}(cāng)}{η′}$=$\frac{7.2×1{0}^{4}J}{60%}$=1.2×10⁵J，
由W=UIt可得，此過(guò)程中流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流：
I=$\frac{W}{Ut}$=$\frac{1.2×1{0}^{5}J}{200V×2×60s}$=5A，
線圈產(chǎn)生的熱量：
Q=W_電-W_總=1.2×10⁵J-7.2×10⁴J=4.8×10⁴J，
由Q=I²Rt可得，線圈的電阻：
R=$\frac{Q}{{I}^{2}t}$=$\frac{4.8×1{0}^{4}J}{（5A）^{2}×2×60s}$=16Ω．
答：（1）滑輪組的機(jī)械效率為75%；
（2）此過(guò)程中流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流為5A，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為16Ω．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了有用功、總功、滑輪組機(jī)械效率、電動(dòng)機(jī)中的電流和電阻的計(jì)算，明確題干中兩個(gè)效率的含義是解題的關(guān)鍵．