Question

玻璃是由炽热的玻璃液体冷却后形成的．受油滴能在水面均匀分布开来的启发，科研人员发明了一种制取平板玻璃的方法．其主要过程是让玻璃液体浮于某溶液表面上，冷凝后用真空吸盘吊运，如图所示．（g 取10N/kg ）
（l）该方法的关键是能否找到会浮起玻璃液体的一种溶液，你认为这种溶液应具备怎样的物理特征？（说出两点）
（2）一块质量为60kg 的平板玻璃，冷凝后用真空吸盘吊运，若当时大气压为l×10⁵ Pa，则吸盘的面积至少是多少？
（3）电动机工作时，两端的电压为220v，通过它的电流为4A，对滑轮组的钢绳的拉力为400N在15s内将上述玻璃板提升lm，在此过程中需克服玻璃板的重力做多少功？滑轮组的机械效率为多大？电动机线圈的电阻为多大？

Answer

（1）从液体的密度和沸点两方面分析；
（2）知道平板玻璃的质量，再利用重力公式求平板玻璃的重；能吊起时，平板玻璃受到的拉力至少等于平板玻璃重，而平板玻璃受到的拉力根据F=ps求出，据此求出吸盘的最小面积；
（3）将平板玻璃提升1m，利用W有用=Gh求克服重力做功，利用W总=Fs，则滑轮组的机械效率利用η=求得；
因为电动机工作时电能转化为机械能和内能，则首先根据消耗的电能和做的总功，求出电动机产生的内能，再由焦耳定律Q=I2Rt求电动机线圈的电阻．
【解析】
（1）要让玻璃浮在液体面上，溶液的密度大于玻璃的密度；并且液体的沸点要高于炽热玻璃液体的温度；
（2）平板玻璃重：G=mg=60kg×10N/kg=600N，
能吊起时，平板玻璃受到的拉力：
F=ps≥G，即：1×l05Pa×s≥600N，
∴s≥6×10-3m2；
（3）克服玻璃板的重力做W有用=Gh=600N×1m=600J．
∵滑轮组承担动滑轮的绳子股数为2股，则s=2h=2×1m=2m，
∴对滑轮组做的总功W总=Fs=400N×2m=800J
∴η===75%，
电动机工作时消耗的电能为W=UIt=220V×4A×15s=13200J，
则转化为的内能：Q=W-W总=13200J-800J=12400J
∴由Q=I2Rt得：
电动机线圈的电阻R==≈51.7Ω．
答：（1）溶液应具备密度比液体的密度大、沸点比玻璃温度高的特点；
（2）吸盘的面积至少是6×10-3m2；
（3）此过程中需克服玻璃板的重力做600J；滑轮组的机械效率为75%，电动机线圈的电阻为51.7Ω．