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    17．如图所示，是利用滑轮组匀速提升水中圆柱体M的示意图，滑轮组固定在钢架上，滑轮组中的两个滑轮质量相等，绕在滑轮组上的绳子能承受的最大拉力为900N，连接圆柱体M与动滑轮挂钩的绳子能承受的最大拉力为3000N．圆柱体M高为3m，底面积为0.02m2，密度为4.5×103kg/m3．在绳端拉力F作用下，圆柱体M从其下表面距水面15m处匀速上升到其上表面与水面相平的过程中用了3min，在这个过程中，拉力F的功率为160W，滑轮组的机械效率为η，钢架对定滑轮的拉力为T．在圆柱体M被缓慢拉出水的过程中，圆柱体M的下表面受到水的压强为p．不计绳重、轮与轴的摩擦及水的阻力．
    ①拉力F的大小；
    ②滑轮组的机械效率；
    ③压强p的最小值．

    分析 （1）解答此题首先对动滑轮和物体做整体受力分析，如解答中的图1，对定滑轮做受力分析如解答中的图2，根据F浮=ρ水gV排求得M所受的浮力，再根据重力和浮力之比可求得M的重力，从而可求得拉力F大小；
    （2）根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{（{G}_{M}-{F}_{浮}）×h}{F×3h}$可求得滑轮组的机械效率；
    （3）由绕在滑轮组上的绳子能承受的最大拉力为900N和连接圆柱体M与动滑轮挂钩的绳子能承受的最大拉力为3000N，可知圆柱体M的下表面受到水的压力，再利用p=$\frac{F}{S}$可求得压强p的最小值．

    解答 解：
    ①根据题意可知，圆柱体M上升的高度h=15m-3m=12m，
    由图可知，三段绳子承担总重，则绳端移动的距离s=3×12m=36m，
    绳端移动的速度：v=$\frac{s}{t}$=$\frac{36m}{3×60s}$=0.2m/s，
    根据P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得，拉力的大小为：
    F=$\frac{P}{v}$=$\frac{160W}{0.2m/s}$=800N；
    ②由题可知：h=3m，S=0.02m2，
    则圆柱体的体积即排开水的体积为：V=Sh=0.02m2×3m=0.06m3，
    由阿基米德原理可知，圆柱体受到的浮力为：
    F浮=ρ水gV排=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.06m3=600N，
    圆柱体的重力：
    GM=ρgV=4.5×103 kg/m3×10N/kg×0.06m3=2700N；
    对动滑轮和圆柱体的整体作受力分析，如图所示：

    在圆柱体露出水面之前，动滑轮对物体拉力做的功为有用功，且F动拉=GM-F浮，
    则露出水面之前滑轮组的机械效率为：
    η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{（{G}_{M}-{F}_{浮}）×h}{F×3h}$=$\frac{（{G}_{M}-{F}_{浮}）}{F×3}$=$\frac{2700N-600N}{800N×3}$=87.5%；
    ③由图可知：F浮+3F=G动+GM，
    则动滑轮的重力：
    G动=F浮+3F-GM=600N+3×800N-2700N=300N；
    当圆柱体逐渐露出水面时，浮力减小，拉力增大，由题意可知每一段绳子的拉力最多增大到900N，此时的浮力最小值，浮力为最小值为：
    F浮最小=G动+GM-3F最大=300N+2700N-3×900N=300N，
    则M的下表面受到的最小压力F最小=F浮最小=300N，
    最小压强为：
    p最小=$\frac{{F}_{最小}}{S}$=$\frac{300N}{0.02{m}^{2}}$=1.5×104Pa．
    答：①拉力F的大小为800N；
    ②滑轮组的机械效率为87.5%；
    ③压强P的最小值为1.5×104Pa．

    点评 本题为力学综合题，考查了学生对重力公式、密度公式、阿基米德原理、滑轮组拉力的计算方法、力的合成的掌握和运用，是我们初中力学中比较难的题目．

    练习册系列答案
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    （1）闭合图甲电路中的开关，电压表的读数约为3V，小灯泡处于不发光状态（选填“发光”或“不发光”）．
    （2）图甲只有一根导线的一个接头接错，请在需要改动的导线上打“×”，并在图上改正．
    （3）改正电路后闭合开关，发现电压表示数如图乙所示，则应该将滑动变阻器的滑片P向左（“左”或“右”）移动，将电压表的示数调整到2.5V，此时电流表示数如图丙所示，测出小灯的额定功率为0.75W；此测量值和小灯泡标注的额定功率相差较大，请你分析灯泡不合格的原因：灯丝电阻过大或过小．（电表读数准确）
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