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向上匀速
将弹簧测力计调零
解:​$(1)$​在​$10\ \mathrm {s} $​内,牵引力做的功​$W=Pt=1.2×10^5\ \mathrm {W}×10\ \mathrm {s}=1.2×10^6\ \mathrm {J}$​;
​$(2)$​小轿车匀速运动时,​$v=30\ \mathrm {m/s}$​,
根据​$P=\frac {W}{t}=\frac {Fs}{t}=Fv $​可知牵引力​$F=\frac {P}{v}=\frac {1.2×10^5\ \mathrm {W}}{30\ \mathrm {m/s}}=4000\ \mathrm {N}$​;
​$(3)$​汽车从启动到匀速运动之前行驶的路程为​$150\ \mathrm {m}$​,从图中可知所用时间​$t=10\ \mathrm {s}$​,
汽车匀速运动过程中所做的功​$W'=W_{总}-W=7.2×10^6\ \mathrm {J}-1.2×10^6\ \mathrm {J}=6×10^6\ \mathrm {J}$​,
汽车匀速行驶的路程​$s'=\frac {W'}{F}=\frac {6×10^6\ \mathrm {J}}{4000\ \mathrm {N}}=1500\ \mathrm {m}$​,
汽车行驶路程​$s=s_0+s'=1500\ \mathrm {m}+150\ \mathrm {m}=1650\ \mathrm {m}.$​
解:​$(1)$​由图可知,​$n=4$​,所以绳子自由端移动的距离​$s=nh=4×1\ \mathrm {m}=4\ \mathrm {m}$​,
由图乙可知,绳子自由端移动的距离为​$0-4\ \mathrm {m} $​时,绳端的拉力为​$100\ \mathrm {N}$​不变,此时物体没有露出水面,
​$4-6\ \mathrm {m} $​时,物体开始逐渐露出水面,拉力不断增大,
​$6-8\ \mathrm {m} $​时绳端的拉力为​$200\ \mathrm {N}$​不变,此时物体完全离开水面,
故物体在空中匀速上升过程中受到的拉力​$F=200\ \mathrm {N}$​,
做的功是​$W_{总}=Fs=200\ \mathrm {N}×4\ \mathrm {m}=800\ \mathrm {J}$​;
​$(2)$​根据​$η=\frac {W_{有}}{W_{总}}×100\%$​可得,物体在空中上升​$1\ \mathrm {m} $​做的有用功:
​$W_{有}=ηW_{总}=85\%×800\ \mathrm {J}=680\ \mathrm {J}$​,
根据​$W=Gh $​可得,物体的重力:
​$G=\frac {W_{有}}{h}=\frac {680\ \mathrm {J}}{1\ \mathrm {m}}=680\ \mathrm {N}$​,
根据不计绳重和摩擦时​$F=\frac {1}{n}(G+G_{动})$​可得,​$G_{动总}=4F-G=4×200\ \mathrm {N}-680\ \mathrm {N}=120\ \mathrm {N}$​,
由图乙可知,物体完全在水中时,绳端的拉力​$F'=100\ \mathrm {N}$​,重力​$G=680\ \mathrm {N}$​,​$2$​个动滑轮的重力为​$120\ \mathrm {N}$​,
不计绳重、摩擦和水的阻力时绳端的拉力​$F'=\frac {1}{n}(F_{拉}+G_{动总})$​,物体受到的拉力:
​$F_{拉}=4F'-2G_{动}=4×100\ \mathrm {N}-120\ \mathrm {N}=280\ \mathrm {N}$​,
所以,物体完全浸没时受到的浮力​$F_{浮}=G-F_{拉}=680\ \mathrm {N}-280\ \mathrm {N}=400\ \mathrm {N}.$​
​$(3)$​物体在水中匀速上升时的滑轮组的机械效率:​$η=\frac {W_{有}}{W_{总}}=\frac {F_{拉}\ \mathrm {h}}{F's}=\frac {F_{拉}\ \mathrm {h}}{F'nh}=\frac {F_{拉}}{nF'}=\frac {280\ \mathrm {N}}{4×100\ \mathrm {N}}=70\%.$​