如图为一种新型吊运设备的简化模型示意图,图中虚线框里是滑轮组(未画出),滑轮组绳子的自由端由电动机拉动.工人师傅用该吊运

如图为一种新型吊运设备的简化模型示意图,图中虚线框里是滑轮组(未画出),滑轮组绳子的自由端由电动机拉动.工人师傅用该吊运设备先后搬运水平地面上的圆柱形物体A和物体B.物体A的底面积为SA,密度为ρA,高度为h1;物体B的底面积为SB,密度为ρB,高度为h2.当物体A所受竖直向上拉力为1500N时,物体A静止,地面对物体A的支持力为N1,挂在滑轮组挂勾上的物体A匀速竖直上升4m的过程中,电动机对滑轮组绳子自由端的拉力为F1,拉力F1做的功为W.当物体B所受竖直向上的拉力T2为1000N时,物体B静止,地面对物体B的支持力为N2.挂在滑轮组挂钩上的物体B以速度v匀速竖直上升的过程中,电动机对滑轮组绳子自由端的拉力F2为625N,拉力F2做功的功率P为500W,滑轮组的机械效率为80%.已知:N1=2N2,5SA=4SB,8ρA=7ρB,2hA=5hB,不计绳的质量,不计滑轮与轴的摩擦.求:
(1)物体B匀速上升的速度v;
(2)拉力F1做的功W.
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299011 幼苗

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解题思路:首先对物体进行受力分析,此时物体A和物体B在竖直方向受三个力的作用,竖直向上的拉力和支持力,竖直向下的重力.
(1)知道物体A和物体B的底面积、密度和高度可利用公式G=mg=ρvg=ρshg计算出物体A和物体B的重力.从图可知,当物体A和物体B静止时,竖直向上的力等于竖直向下的力,从而可以列出两个等式:GA=T1+N1①,GB=T2+N2②,便可以计算出物体A和物体B的重力、以及N1和N2的大小.
知道提升重物B时滑轮组的机械效率和绳子自由端的拉力,可利用效率公式,计算出吊着物体的绳子的段数.
知道拉力F2的大小和拉力F2做功的功率,可利用公式P=FV计算出绳子自由端运动的速度,从而可以计算出物体B匀速上升的速度v.
(2)知道物体B的重力和绳子自由端的拉力F2,不计绳的质量,不计滑轮与轴的摩擦,可利用公式F=[1/n](G+G)计算出动滑轮的重力,又知道物体A的重力,可利用公式F=[1/n](G+G)计算出提升重物A时绳子自由端的拉力F1,知道物体A上升的高度,从而可以计算出绳子自由端移动的距离,最后再利用公式W=FS计算出拉力F1做的功W.

(1)物体A和物体B在竖直方向受三个力的作用,竖直向上的拉力和支持力,竖直向下的重力.如图所示:
因为8ρA=7ρB,2hA=5hB,5SA=4SB
所以GA:GB=7:4
T1+N1=GA
T2+N2=GB
F1=
1
n(GA+G动),③
F2=
1
n(GB+G动),④
解得:

N1
N2=
GA−T1
GB−T2=
1
2,
其中:
GA=3500N,GB=2000N.
第二状态:
η=
W有
W总=
GB
nF2=80%,
解得:
n=4,
由③④得:
G=500N,
F1=1000N,
由:
P=Fnv,
解得:
v=
P
Fn=0.2m/s.
(2)物体A上升的高度为:h=4m,
则绳子自由端移动的距离为:s=4h=4×4m=16m,
拉力F1做的功为:
W1=F1×s=1.6×104J.
答:(1)物体B匀速上升的速度v为0.2m/s.(2)拉力F1做的功W为1.6×104J.

点评:
本题考点: 功率、平均功率和瞬时功率.

考点点评: 本题综合性较强而且难度较大,基本涵盖了滑轮组和机械效率的所有知识点,所以要解答本题,需要基础相当的扎实.本题考查物体的重力、动滑轮重力、功率和距离的计算,关键是公式及其变形的灵活运用,难点是对物体进行受力分析,判断出动滑轮上绳子的段数,找出其中的等量关系.

1年前

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