《2025年点拨训练九年级物理上册苏科版》

7. 玻璃装运车间常用“低压吸盘吊车”吊运玻璃,先将吸盘压在玻璃上,然后启动抽气机抽出吸盘内空气使吸盘内的气压减小,在大气压作用下吸盘将玻璃“吸住”,再通过电动机牵引滑轮组自由端的绳子就可以将玻璃吊起,如图为“低压吸盘吊车”结构示意图,若吸盘的总质量为45kg,每个滑轮的质量为15kg,不计抽气管和绳重,不计绳子与滑轮的摩擦,在某次吊装过程中,吊车将一块重为90kg的玻璃以0.2m/s的速度吊高2m。问(g取10N/kg):
(1)本次吊装过程中所做的有用功是多少?
(2)本次吊装过程中,电动机拉绳子自由端的拉力做功时的功率为多大?
(3)本次吊装过程中,该装置的机械效率是多少?
(1)本次吊装过程中所做的有用功是1800J。
(2)本次吊装过程中,电动机拉绳子自由端的拉力做功时的功率为300W。
(3)本次吊装过程中,该装置的机械效率是60%。

答案： 解:
(1) 一块玻璃的重力 $ G=m g=90 \mathrm{~kg} \times 10 \mathrm{~N} / \mathrm{kg}=900 \mathrm{~N} $ 则吊装过程中所做的有用功 $ W=G h=900 \mathrm{~N} \times 2 \mathrm{~m}=1800 \mathrm{~J} $
(2) 吸盘和动滑轮的总重力 $ G_{\text {总 }}=\left(m_{\text {吸 }}+m_{\text {动 }}\right) g=(45 \mathrm{~kg}+ $ $ 15 \mathrm{~kg}) \times 10 \mathrm{~N} / \mathrm{kg}=600 \mathrm{~N} $, 由图可知 $ n=2 $, 绳子自由端移动的速度 $ v=n v_{\text {物 }}=2 \times 0.2 \mathrm{~m} / \mathrm{s}=0.4 \mathrm{~m} / \mathrm{s} $ 因为不计抽气管和绳重, 且不计绳子与滑轮的摩擦, 所以绳子自由端的拉力 $ F=\frac{1}{n}\left(G_{\text {总 }}+G\right)=\frac{1}{2} \times(600 \mathrm{~N}+900 \mathrm{~N})=750 \mathrm{~N} $ 由 $ P=\frac{W}{t}=\frac{F s}{t}=F v $ 可得, 拉力做功的功率 $ P=F v= $ $ 750 \mathrm{~N} \times 0.4 \mathrm{~m} / \mathrm{s}=300 \mathrm{~W} $
(3) 因为不计抽气管和绳重, 不计绳子与滑轮的摩擦, 所以滑轮组的机械效率 $ \eta=\frac{W_{\text {有用 }}}{W_{\text {总 }}} \times 100 \%=\frac{W_{\text {有用 }}}{W_{\text {有用 }}+W_{\text {额外 }}} \times 100 \%=\frac{G h}{G h+G_{\text {总 }} h} \times $ $ 100 \%=\frac{G}{G+G_{\text {总 }}} \times 100 \%=\frac{900 \mathrm{~N}}{900 \mathrm{~N}+600 \mathrm{~N}} \times 100 \%=60 \% $