题目:

(2011·海淀区二模)如图是利用液压汽车起重机从水中打捞重物的示意图.A是动滑轮,B是定滑轮,C是卷扬机,D是油缸,E是柱塞,吊臂OB始终处于水平状态.作用在动滑轮上共三股钢丝绳,卷扬机转动使钢丝绳带动动滑轮上升提起重物.当重物在水中匀速上升时起重机对地面的压力为F
1,柱塞E对吊臂的支撑力为N
1,滑轮组的机械效率为η
1;重物被完全提出水面后匀速上升时起重机对地面的压力为F
2,柱塞E对吊臂的支撑力为N
2,滑轮组的机械效率为η
2.已知动滑轮A的质量m
A为250kg,重物被拉出水面后上升的速度v为0.2m/s,F
1 为1.2×10
5N,F
2为1.5×10
5N,N
1:N
2=13:25.若吊臂、定滑轮、钢丝绳的重以及机械摩擦不计,g取10N/kg,求:
(1)被打捞的重物浸没在水中时受到的浮力F
浮的大小;
(2)滑轮组的机械效率η
1与η
2之比;
(3)被打捞的重物完全提出水面后,卷扬机牵引力的功率.
答案
解:(1)以液压汽车起重机和被提升的重物为研究对象,重物在水中匀速上升时,受力分析如图1所示,重物被完全提出水面匀速上升时,受力分析如图2所示.

F
1′+F
浮=G
0+G,------①
F
2′=G
0+G,------------②
F
1=F
1′,F
2=F
2′
由①②解得:F
浮=F
2-F
1=1.5×10
5N-1.2×10
5N=3×10
4N;
(2)以动滑轮A和被提升的重物为研究对象,被提升的重物在水中匀速上升时,受力分析如图3所示,被提升的重物被拉出水面后匀速上升时,受力分析如图4所示.
3T
1=G
A+G-F
浮,----------③
3T
2=G
A+G,---------------④
得:
=
以杠杆BFO为研究对象,两个状态的受力分析如图5和图6所示.
3T′
1×BO=N
1×FO,-------------⑤
3T′
2×BO=N
2×FO,-----------⑥
T
1=T′
1,T
2=T′
2
得:
=
=
=
所以:
=
=
,
2.5×103N+G-3×104N |
2.5×103N+G |
=
解得:G=6×10
4N;
η
1=
=
=
----------------⑦
η
2=
=
=
-------------------⑧
得:
=
×
=
×
=
(3)重物被拉出水面后,卷扬机牵引力的功率:
P=T
2×3v=
×3v
=(G
A+G)v=(2.5×10
3N+6×10
4N)×0.2m/s=1.25×10
4W.
答:(1)被打捞的重物浸没在水中时受到的浮力F
浮的大小为3×10
4N;
(2)滑轮组的机械效率η
1与η
2之比25:26;
(3)被打捞的重物完全提出水面后,卷扬机牵引力的功率为1.25×10
4W.
解:(1)以液压汽车起重机和被提升的重物为研究对象,重物在水中匀速上升时,受力分析如图1所示,重物被完全提出水面匀速上升时,受力分析如图2所示.

F
1′+F
浮=G
0+G,------①
F
2′=G
0+G,------------②
F
1=F
1′,F
2=F
2′
由①②解得:F
浮=F
2-F
1=1.5×10
5N-1.2×10
5N=3×10
4N;
(2)以动滑轮A和被提升的重物为研究对象,被提升的重物在水中匀速上升时,受力分析如图3所示,被提升的重物被拉出水面后匀速上升时,受力分析如图4所示.
3T
1=G
A+G-F
浮,----------③
3T
2=G
A+G,---------------④
得:
=
以杠杆BFO为研究对象,两个状态的受力分析如图5和图6所示.
3T′
1×BO=N
1×FO,-------------⑤
3T′
2×BO=N
2×FO,-----------⑥
T
1=T′
1,T
2=T′
2
得:
=
=
=
所以:
=
=
,
2.5×103N+G-3×104N |
2.5×103N+G |
=
解得:G=6×10
4N;
η
1=
=
=
----------------⑦
η
2=
=
=
-------------------⑧
得:
=
×
=
×
=
(3)重物被拉出水面后,卷扬机牵引力的功率:
P=T
2×3v=
×3v
=(G
A+G)v=(2.5×10
3N+6×10
4N)×0.2m/s=1.25×10
4W.
答:(1)被打捞的重物浸没在水中时受到的浮力F
浮的大小为3×10
4N;
(2)滑轮组的机械效率η
1与η
2之比25:26;
(3)被打捞的重物完全提出水面后,卷扬机牵引力的功率为1.25×10
4W.