Question

【题目】利用如图所示的装置，把体积为1 dm3、密度为3×103 kg/m3的石块从水面下2 m处用5 s的时间匀速拉出水面后，再匀速提升了5 m，动滑轮重为20 N。（不考虑石块的厚度，不计摩擦，不计水的阻力）求：

（1）在石块未离开水面前拉力F的功率；

（2）石块离开水面后，这个装置的机械效率。

Answer 1

【答案】（1）16 W（2）60%

【解析】

（1）在离开水面前，石块受的浮力：

F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10-3m3=10N，

石块的重力：

G石=m石g=ρ石v石g=3×103kg/m3×1000×10-6m3×10N/kg=30N，

若动滑轮下端所受的拉力F1， F1=G石-F浮=30N-10N=20N，

由图通过动滑轮绳子段数n=2，离开水面前绳子自由端的拉力为：

F=

绳子自由端拉力所做的总功：

W总=F×s1=F×nh1=20N×2×2m=80J；

故拉力F的功率：P=

（2）离开水面后，绳子自由端的拉力：

F绳= （G石+G轮）=（30N+20N）=25N，

石块离开水面后：h2=5m，s2=2h2=2×5m=10m，

W有用=G石h2=30N×5m=150J，

W总= F绳s2=25N×10m=250J，

这个装置的机械效率：