Question

工人用滑轮组提升水中物体A，如图所示．当物体A完全在水面下被匀速提升的过程中，工人对绳子竖直向下的拉力为F₁，水平地面对工人的支持力为N₁；滑轮组的机械效率η₁为60%．当物体A完全打捞出水面后被匀速提升的过程中，滑轮组的机械效率为η₂，工人对绳子竖直向下的拉力为F₂，水平地面对工人的支持力为N₂．已知工人所受重力为500N，N₁：N₂=7：2；物体A所受重力为1000N．不计绳重、滑轮与轴的摩擦以及水的阻力，g取10N/kg．求：
（1）动滑轮所受重力G_动；
（2）物体A的密度ρ_A；
（3）滑轮组的机械效率η₂；
（4）当物体A完全在水面下时，以0.1m/s的速度被匀速提升时，人拉绳的功率P₁．

Answer

正确对人及滑轮组进行受力分析，人对地面的压力N=G-F；
根据滑轮组的省力特点：若物体在水面外则F=（G+G动）；若物体浸没在水中，则F=（G-F浮+G动），其中F浮=ρ水gV排，V排=V物，
在水中时，滑轮组的机械效率为η1==，
在水外时，滑轮组的机械效率为η2=结合机械效率及支持力之比等已知条件得出动滑轮的重力、物体的重力及体积，从而可以计算出物体的密度；
根据公式P===Fv确定当物体A完全在水面下时的拉力及速度，计算出功率．
【解析】
（1）以工人为研究对象，进行受力分析如图甲、乙所示．
工人处于静止状态，所以有：
G人=F′1+N1即：N1=G人-F′1----①
G人=F′2+N2即：N2=G人-F′2----②
当物体A浸没在水中时，动滑轮与物体A的受力情况如图（A）所示．
当物体A完全露出水面时，动滑轮与物体A的受力情况如图（B）所示．
由（A）图：3F1=GA+G动-F浮----③
由（B）图：3F2=GA+G动----④
∵F1′=F1，F2′=F2
∴==----⑤
又∵η1===60%----⑥
将③、④式代入⑤、⑥式，将G人=500N，GA=1000N代入，
解得：G动=250N
（2）由⑥式得：60%=
=
解得：F浮=625N
∵F浮=ρ水gVA
∴VA=
∴ρA===
=×1.0×103kg/m3
=1.6×103kg/m3
（3）∵η2=×100%
=×100%
=×100%
=80%
（4）∵P1=F1•v1
=×3 vA
=（1000N+250N-625N ）×0.1m/s
=62.5W
答：（1）动滑轮所受重力为250N；
（2）物体A的密度为1.6×103kg/m3；
（3）滑轮组的机械效率80%；
（4）当物体A完全在水面下时，以0.1m/s的速度被匀速提升时，人拉绳的功率62.5W．