Question

19．圖是某打撈船起吊裝置結(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，已知該貨箱質(zhì)量20t，g取10N/kg，且不考慮風(fēng)浪、水流等的影響．
（1）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，請分析在此過程中，貨箱所受浮力和滑輪組機械效率的變化情況，并簡要說明理由．
（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1×10⁵N，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械效率是多少？

Answer 1

分析 （1）剛露出水到完全出水的過程中，排開水的體積逐漸減小，所以物體所受浮力逐漸減小，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，機械效率增大．
（2）已知動滑輪上繩子段數(shù)為4段，拉力做的功為總功，根據(jù)公式W=FS計算；對物體做的功為有用功，根據(jù)公式W=Gh計算；機械效率等于有用功除以總功．

解答 解：（1）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_排可知，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，根據(jù)η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{有用}+{W}_{額}}$=$\frac{1}{1+\frac{{W}_{額}}{{W}_{有用}}}$可知機械效率變大．
（2）由圖可知，拉力的距離s是貨物高度的4倍，s=4h=4m，
故拉力做的功：W_總=F=s=1×10⁵N×4m=4×10⁵J．
有用功：W_有用=Gh=mgh=2×10⁴kg×10N/Kg×1m=2×10⁵J，
機械效率：η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{2×1{0}^{5}J}{4×1{0}^{5}J}$×100%=50%．
答：（1）見解答；
（2）拉力做的功為4×10⁵J，機械效率為50%．

點評 本題考查總功、有用功和機械效率的計算，主要是考查各種公式的靈活運用，本題的關(guān)鍵是知道物體沒露出水面前所受浮力不變，露出水面后，浮力逐漸減小，拉力逐漸增大．