18.2014年12月18日,我國自主研制的深海探測器-“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器赴印度洋下潛執(zhí)行科考任務(wù),如圖a所示.“蛟龍?zhí)枴睗撍鞯馁|(zhì)量為22t,在完成任務(wù)后,用如圖b所示的滑輪組提起潛水器.當(dāng)被打撈的潛水器完全露出水面后,又以1m/s的速度勻速上升,此時拉力F的功率為2.76×105W.求:
(1)拉力F的大;
(2)如果不計摩擦、繩重及空氣的阻力,該滑輪組的機械效率為多少?
(3)不考慮風(fēng)浪、水流等的影響,從“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器被提起到完全露出水面的過程中,潛水器所受的浮力和滑輪組機械效率如何變化?請簡述理由.

分析 (1)已知拉力功率和物體上升速度,利用P=Fv計算拉力大;
(2)已知“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器的質(zhì)量,利用G=mg可求出所受重力,利用η=$\frac{G}{nF}$計算機械效率;
(3)剛露出水面到完全出水的過程中,排開水的體積逐漸減小,物體所受浮力逐漸減小,滑輪組對“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器的拉力變大,有用功在增大,額外功一定,所以機械效率增大.

解答 解:(1)由圖可知,滑輪組承擔(dān)物重的繩子段數(shù):n=3,則繩子自由端移動速度:v=nv=3×1m/s=3m/s;
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得拉力:
F=$\frac{P}{v}$=$\frac{2.76×1{0}^{5}W}{3m/s}$=9.2×104N;
(2)“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器所受重力:
G=mg=22×103kg×10N/kg=2.2×105N,
由η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{Gh}{Fnh}$=$\frac{G}{nF}$得滑輪組的機械效率:
η=$\frac{G}{nF}$×100%=$\frac{2.2×1{0}^{5}N}{3×9.2×1{0}^{4}N}$×100%≈80%;
(3)“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器從剛露出水面到完全出水的過程中,排開水的體積逐漸減小,“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器所受浮力逐漸減小,滑輪組對貨物的拉力變大,有用功在增大,額外功一定,所以機械效率增大.
故答案為:(1)拉力F為9.2×104N;
(2)如果不計摩擦、繩重及空氣的阻力,該滑輪組的機械效率為80%;
(3)不考慮風(fēng)浪、水流等的影響,從“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器被提起到完全露出水面的過程中,由于排開液體體積逐漸變小,“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器所受浮力逐漸減小,輪組機械效率的增大.

點評 本題考查知識點比較多,重力的計算、浮力的計算、有用功和總功的計算、機械效率的計算,涉及到動滑輪的使用,屬于難題.

練習(xí)冊系列答案
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B.熱機排出去的廢氣、產(chǎn)生的嗓聲會污染環(huán)境
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①在平直公路上行駛的汽車具有動 能;
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③正在爬坡的汽車具有重力勢 能;
④正在下降中的滾擺具有重力勢 能和動 能.

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8.閱讀下面的短文,回答問題.
太陽能熱水器
太陽能熱水器可以利用太陽能把水從低溫加熱到高溫.
如圖1所示,太陽能熱水器主要由兩部分構(gòu)成:一部分是由許多根玻璃吸熱管組成的集熱器,每根玻璃吸熱管由雙層玻璃管組成,雙層玻璃管之間是真空.如圖2所示是玻璃吸熱管的工作原理圖,它的結(jié)構(gòu)與保溫瓶的玻璃內(nèi)膽相似,只是在玻璃吸熱管的內(nèi)表面涂了一層黑色的吸熱材料;另一部分是保溫儲水箱,保溫儲水箱下部與玻璃吸熱管相通.
玻璃吸熱管工作原理如圖2所示:當(dāng)太陽光入射到黑色的吸熱層上時,黑色吸熱層能把太陽能更有效地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,將管內(nèi)的水加熱.向光一側(cè)的水被加熱后體積增大、密度變小而向上流動;背光一側(cè)的水由于溫度較低、密度較大而向下流動,形成冷熱水循環(huán),最終整箱水都升高至一定的溫度.玻璃吸熱管具有吸熱保溫作用.

向某品牌太陽能熱水器注入50kg的水,陽光照射一段時間后,水溫從10℃升高到50℃.水的比熱容是4.2×103J/(kg•℃).
(1)太陽能熱水器是通過熱傳遞方式改變水的內(nèi)能.跟燃?xì)鉄崴飨啾,太陽能熱水器的?yōu)點是節(jié)能環(huán)保.
(2)這段時間該熱水器中的水吸收的熱量是8.4×106J.
(3)如果這段時間該太陽能熱水器接收到太陽輻射的熱量是2.8×107J,則這段時間該熱水器的效率是30%.
(4)你認(rèn)為影響太陽能熱水器效率的因素有哪些?

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