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）由物体完全露出水面时的绳子自由端拉力、物体质量和机械效率，根据计算通过动滑轮绳子的段数，从而确定所使用的滑轮组；

（2）由计算出动滑轮重力；先计算出物体被打捞出来后人对地面压力，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，由计算人对地面压力变化量，从而计算物体浸没时对绳子自由端拉力，由计算出物体受到的浮力；

（3）由计算物体完全浸没在水中时绳子自由端的速度，由计算物体的上升速度。

（1）当物体完全露出水面时，滑轮组的机械效率：，

所以通过动滑轮绳子的段数：，A图中，B图中，C图中，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，，则，此时人对地面压力：，物体完全浸没在水中时对滑轮组的拉力：，完全露出后物体对滑轮组拉力，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；

由可得物体完全露出水面后，人对地面压力减少量：

，

所以物体完全浸没在水中时人对地面压力，

此时人对绳子自由端拉力：，且，

所以：；

（3）由可得，物体完全浸没在水中时绳子自由端的速度：

，由可得，

物体的上升速度：。