Question

如圖所示，工人用滑輪組緩慢地打撈沉沒(méi)在水中的重物，當(dāng)重物全部在水中時(shí)，拉力F為160N，滑輪組的機(jī)械效率為80%．當(dāng)重物離開(kāi)水面后拉力F′為480N，整個(gè)裝置的摩擦和繩重不計(jì)．求：
（1）動(dòng)滑輪的重力；
（2）物體的重力；
（3）重物的密度．

Answer 1

【答案】分析：（1）已知機(jī)械效率，找出有用功和總功，根據(jù)η=，求出滑輪組對(duì)物體的拉力，即G-F_浮．
當(dāng)物體浸沒(méi)在水中，知道繩子自由端的拉力、滑輪組對(duì)物體的拉力，根據(jù)F=（G-F_浮+G_動(dòng)），求出動(dòng)滑輪的重力．
（2）當(dāng)物體離開(kāi)水面時(shí)，知道繩子自由端的拉力和動(dòng)滑輪的重力，根據(jù)F=（G+G_動(dòng)），求出物體的重力．
（3）知道滑輪組對(duì)物體的拉力，即G-F_浮，又知道物體的重力，求出物體浸沒(méi)在水中時(shí)受到的浮力，根據(jù)阿基米德原理求出物體的體積．然后根據(jù)G=ρgV，求出物體的密度．
解答：解：（1）設(shè)物體浸沒(méi)在水中，上升h，有兩段繩子承擔(dān)物體的重，所以繩子自由端移動(dòng)2h，
∵整個(gè)裝置的摩擦和繩重不計(jì)．
∴根據(jù)η=得：
η===，
所以，G-F_浮=2Fη=2×160N×80%=256N．
又∵F=（G-F_浮+G_動(dòng)）=（G-F_浮+G_動(dòng)），
∴G_動(dòng)=2F-（G-F_浮）=2×160N-256N=64N．
（2）當(dāng)物體離開(kāi)水面時(shí)，因?yàn)�，F(xiàn)'=（G+G_動(dòng)）=（G+G_動(dòng)），
所以，G=2F′-G_動(dòng)=2×480N-64N=896N．
（3）因?yàn)镚-F_浮=256N，即：896N-1.0×10³kg/m³×10N/kg×V=256N，
所以，V=6.4×10^-2m³．
根據(jù)G=mg=ρVg，
所以ρ===1.4×10³kg/m³．
答：（1）動(dòng)滑輪的重力為64N；
（2）物體的重力為896N；
（3）重物密度為1.4×10³kg/m³．
點(diǎn)評(píng)：本題涉及到機(jī)械效率、阿基米德原理、使用滑輪組時(shí)繩子自由端和重物的關(guān)系等，綜合性很強(qiáng)，有很大的難度．