Question

【题目】如图是利用滑轮组打捞水中物体的简化模型示意图，工人用一滑轮组从水中打捞物体。已知：物体的质量为90kg且以恒定速度匀速上升，当物体完全露出水面，工人对滑轮组绳子自由端的拉力F1为400N，此时滑轮组的机械效率η1为75%（绳的质量、滑轮与轴的摩擦以及水的阻力均忽略不计，g=10N/kg）。

（1）请你根据题目中的条件，判断出工人所使用的滑轮组是下列中的_____图。

（2）工人的质量为60kg，双脚与地面接触面积为2.5×10﹣3m2，物体浸没在水中和完全被打捞出水面时工人对地面的压强变化了4×104Pa，求物体浸没在水中时受到的浮力_____。

（3）若物体完全浸没在水中时，工人拉力的功率为180W，求物体上升的速度_____。

Answer 1

【答案】 A 300N 0.2m/s

【解析】（1）当物体完全露出水面时，滑轮组的机械效率：η＝，所以通过动滑轮绳子的段数：n＝＝3，A图中n＝3，B图中n＝4，C图中n＝5，所以工人所使用的滑轮组是A图；（2）由题知，绳的质量、滑轮与轴的摩擦以及水的阻力均忽略不计，当物体完全露出水面时，F＝（G物G动）G动＝3F﹣G物＝3×400N﹣90kg×10N/kg＝300N，此时人对地面压力：F压＝G人﹣F＝60kg×10N/kg﹣400N＝200N，物体完全浸没在水中时对滑轮组的拉力：F拉'＝G物﹣F浮，完全露出后物体对滑轮组拉力F拉＝G物，所以物体被打捞出水面后对滑轮组拉力增大，绳子自由端拉力随之变大，人对地面压力变小，压强变小，由p＝可得物体完全露出水面后，人对地面压力减少量：△F＝△pS＝4×104Pa×2.5×10﹣3m2＝100N，所以物体完全浸没在水中时人对地面压力F压'＝F压△F＝200N100N＝300N，此时人对绳子自由端拉力：F'＝G人﹣F压'＝60kg×10N/kg﹣300N＝300N，且F'＝（F拉'G动）＝（G物﹣F浮G动），所以：F浮＝G物G动﹣3F'＝90kg×10N/kg300N﹣3×300N＝300N；（3）由P＝＝Fv 可得，物体完全浸没在水中时绳子自由端的速度：v＝＝0.6m/s，由v＝nv物可得，物体的上升速度：v物＝＝0.2m/s。