【分析】
1. 求解拉力做功的功率:首先观察滑轮组确定承担物重的绳子段数$n=3$,根据不计绳重和摩擦的条件,利用公式$F=\frac{G_{物}+G_{动}}{n}$计算拉力;再由$s=nh$算出绳子自由端移动的距离,结合$W_{总}=Fs$求出拉力做的总功,最后根据功率公式$P=\frac{W_{总}}{t}$计算功率。
2. 求解滑轮组的机械效率:先计算提升重物做的有用功$W_{有}=G_{物}h$,再利用机械效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%$计算,注意结果精确到$0.1\%$。
3. 求解机械效率为$90\%$时的物重:利用不计绳重和摩擦时滑轮组机械效率的推导公式$\eta=\frac{G}{G+G_{动}}×100\%$,将已知的机械效率和动滑轮重力代入,变形求解新的物重。
【解析】
(1)由图可知,滑轮组承担物重的绳子段数$n=3$,则绳子自由端移动的距离:
$s=nh=3×6\ \mathrm{m}=18\ \mathrm{m}$
不计绳重和机械之间的摩擦,拉力大小:
$F=\frac{G_{物}+G_{动}}{n}=\frac{1000\ \mathrm{N}+200\ \mathrm{N}}{3}=400\ \mathrm{N}$
拉力做的总功:
$W_{总}=Fs=400\ \mathrm{N}×18\ \mathrm{m}=7200\ \mathrm{J}$
拉力做功的功率:
$P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{7200\ \mathrm{J}}{30\ \mathrm{s}}=240\ \mathrm{W}$
(2)提升重物做的有用功:
$W_{有}=G_{物}h=1000\ \mathrm{N}×6\ \mathrm{m}=6000\ \mathrm{J}$
滑轮组的机械效率:
$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{6000\ \mathrm{J}}{7200\ \mathrm{J}}×100\%\approx83.3\%$
(3)不计绳重和摩擦,滑轮组的机械效率公式为$\eta=\frac{G}{G+G_{动}}×100\%$,当$\eta'=90\%$时,代入数据:
$90\%=\frac{G_{物}'}{G_{物}'+200\ \mathrm{N}}×100\%$
解得:$G_{物}'=1800\ \mathrm{N}$
【答案】
(1)拉力做功的功率为$\boldsymbol{240\ \mathrm{W}}$;
(2)滑轮组的机械效率约为$\boldsymbol{83.3\%}$;
(3)该重物的重力为$\boldsymbol{1800\ \mathrm{N}}$。
【知识点】
滑轮组功率计算、滑轮组机械效率、机械效率公式应用
【点评】
本题考查滑轮组的功率与机械效率的综合计算,需熟练掌握滑轮组的相关公式,明确不计绳重和摩擦时的公式推导,计算时注意精度要求,是滑轮组的常规典型题型。
【难度系数】
0.6