如图所示,质量为70kg的工人站在岸边通过一滑轮组打捞一块沉没在水池底部的石材,该滑轮组中动滑轮质量为5kg.当工人用120N的力拉滑轮组的绳端时,石材仍沉在水底不动.工人继

◎ 题目

如图所示,质量为70kg的工人站在岸边通过一滑轮组打捞一块沉没在水池底部的石材,该滑轮组中动滑轮质量为5kg.当工人用120N的力拉滑轮组的绳端时,石材仍沉在水底不动.工人继续增大拉力将石材拉起,在整个提升过程中,石材始终以0.2m/s的速度匀速上升.在石材还没有露出水面之前滑轮组的机械效率为η1,当石材完全露出水面之后滑轮组的机械效率为η2,且η1:η2=63:65.绳重及滑轮的摩擦均可忽略不计,石材的密度
ρ=2.5×103kg/m3,取g=10N/kg,求:
(1)当人用120N的力拉绳端时,岸边地面对人的支持力为多大;
(2)在石材脱离水池底部至完全露出水面的过程中,地面对人的支持力的最大值与最小值之比;
(3)当石材露出水面之前,人拉绳子的功率;
(4)此人用这个滑轮组提升重物的最大机械效率.
魔方格

◎ 答案


工人的重力:
G=mg=70kg×10N/kg=700N,
动滑轮的重力:
G=mg=5kg×10N/kg=50N,
未露出水面滑轮组的机械效率:
η=
W
W
=
(G-F)h 
(G-F+G)h
=
G-F
G-F+G

露出水面后滑轮组的机械效率:
η=
W
W
=
G
(G+G)h
=
G
G+G

∵η1:η2=63:65,
ρVg-ρVg
ρVg-ρVg+50N
ρVg 
ρVg+50N
=63:65,
将石块的密度和水的密度代入求得:
V=0.04m3
石块的重力:
G=mg=ρVg=2.5×103kg/m3×10N/kg×0.04m3=1000N,
(1)地面对人的支持力:
F=G-F=700N-120N=580N;
(2)石材在水中,受到水的浮力,此时人的拉力最小,地面对人的支持力最大,
石材受到的浮力:
FVg=1×103kg/m3×10N/kg×0.04m3=400N,
F拉1=
1
3
(G+G-F)=
1
3
(1000N+50N-400N)=
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