题目内容

(2012?海淀区二模)随着城市汽车数量的激增,停车成为困扰市民的一大难题.图甲是某科技小组设计的升降横移式立体停车库截面示意图.该停车库主要由主体框架车位架和升降横移载车装置两部分构成.升降横移载车装置由升降传动机构和横移传动机构组成.升降传动机构由升降板、电动机Q、定滑轮K及动滑轮M构成,钢丝绳的两端分别固定在顶部A点和电动机牵引端的B点,其中的升降板和动滑轮M在电动机Q的控制下可以沿竖直通道上下运行,升降传动机构被束缚在光滑的限位槽内(图中未画出),保证升降板在升降过程中始终保持水平.置于每层的车位架上的横移传动机构由载车板、电动机P和钢轮构成.横移传动机构可以通过电动机P控制实现水平移动.现有一辆汽车甲开到载车板上后,升降传动机构以速度v1匀速提升横移传动机构和汽车甲,此时绳子B端的拉力为F1,车位架顶部对电动机Q的支持力为N1,升降传动机构提升横移传动机构和汽车甲的机械效率为η1;另一辆汽车乙开到载车板上后,升降传动机构以速度v2匀速提升横移传动机构和汽车乙,此时绳子B端的拉力为F2,车位架顶部对电动机Q的支持力为N2,升降传动机构提升横移传动机构和汽车乙的机械效率为η2.拉力F1、F2做的功随时间变化的图象分别如图21乙中①、②所示.已知电动机Q的质量mQ=95kg,v1=5cm/s,η1=72%,N1:N2=24:29,不计绳重及滑轮的摩擦,g取10N/kg.求:

(1)F1的大小;  
(2)v2的大小;
(3)η2的大小.
分析:(1)已知v1=5cm/s,根据图象读出F1的在一段时间里所做的功,利用W=Fs=Fvt求出F1的大小;  
(2)电动机Q的受力情况为:重力、支持力和拉力;则提升汽车甲时根据N1=G+F1可求出N1,根据N1:N2=24:29可求出N2,再根据②的数据,利用W=Fs=Fvt求出v2的大小;
(3)根据η1的值,利用公式η1=
Gh
F1s
=
Gh
F1×4h
=
G
4F1
求出G,再根据η2=
Gh
F2s
=
G
4F2
即可求出η2的大小.
解答:解:(1)根据图象①可知:t1=4s时,W1=5×103J,已知v1=5cm/s=0.05m/s,
根据W=Fs=Fvt得:F1=
W1
v1t1
=
103J
0.05m/s×4s
=2.5×104N;  
(2)提升汽车甲时,因电动机Q的受力情况为:重力GQ、支持力N1和拉力F1
则N1=GQ+F1=mQg+F1=95kg×10N/kg+2.5×104N=25950N,
根据N1:N2=24:29得:
N2=
29
24
N1=
29
24
×25950N=31356.25N,
提升汽车乙时,因电动机Q的受力情况为:重力GQ、支持力N2和拉力F2
则F2=N2-GQ=N2-mQg=31356.25N-95kg×10N/kg=30406.25N,
根据图象②可知:t2=4s时,W2=6.2×103J,
利用W=Fs=Fvt得:v2=
W2
F2t2
=
6.2×103J
30406.25N×4s
≈0.051m/s;
(3)由图可知:滑轮组的绳子股数为n=4,不计绳重及滑轮的摩擦时,则:η1=
Gh
F1s
=
Gh
F1×4h
=
G
4F1

所以,G=4F1η1=4×2.5×104N×72%=7.2×104N,
则η2=
Gh
F2s
=
G
4F2
=
7.2×104N
4×30406.25N
≈59.2%.
答:(1)F1的大小为2.5×104N;  
(2)v2的大小为0.051m/s;
(3)η2的大小为59.2%.
点评:本题为力学综合题,要求灵活利用所学知识、选用所学公式,利用好滑轮组的特点和η=
Gh
F s
=
G
4F 
;能从图象得出相关信息是本题的关键,难题!
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