Question

4．某商廈每層樓高3m，小明看到工作人員將360kg的貨物在一樓放入載貨電梯內(nèi)，閉合開關(guān)，僅用25s的時(shí)間，便將貨物運(yùn)到六樓，小明對(duì)載貨電梯產(chǎn)生了濃厚的興趣，他通過查閱資料了解到該載貨電梯的結(jié)構(gòu)及式作電路如圖所示，電梯是通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鋼絲繩提升貨物的，電動(dòng)機(jī)線圈電阻為2.4Ω，電梯廂（含動(dòng)滑輪）的質(zhì)量140kg，提升上述貨物時(shí)電流表的示數(shù)為20A，不計(jì)鋼絲繩的重力和一切摩擦，請(qǐng)解答下列問題（g取10N/kg）：
（1）勻速提升過程中鋼絲繩上的拉力多大？
（2）電梯工作時(shí)消耗的總電能是多少？
（3）電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的效率多大？

Answer 1

分析 （1）由圖有四段繩子拉電梯廂和貨物，根據(jù)F=$\frac{1}{n}$G計(jì)算鋼繩的拉力；
（2）由W=UIt計(jì)算消耗的電能；
（3）由Q=I²Rt計(jì)算電流通過電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生熱量，根據(jù)W_有=Gh計(jì)算電動(dòng)機(jī)輸出的有用功，電動(dòng)機(jī)消耗電能W_電=W_機(jī)+Q，
根據(jù)η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{電}′}$計(jì)算電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的效率．

解答 解：
（1）電梯廂（含動(dòng)滑輪）的質(zhì)量140kg，貨物質(zhì)量360kg，
所以電梯廂和貨物的總重：
G=mg=（m_貨+m_廂）g=（360kg+140kg）×10N/kg=5000N，
由圖可知：有4段繩子拉電梯廂和貨物，
所以：勻速提升過程中鋼絲繩上的拉力F=$\frac{1}{4}$G=$\frac{1}{4}$×5000N=1250N．
（2）由圖電動(dòng)機(jī)工作時(shí)電路兩端電壓：U=220V，
電梯工作時(shí)電路消耗的總電能：W=UIt=220V×20A×25s=1.1×10⁵J．
（3）電流通過電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生熱量：
Q=I²Rt=（20A）²×2.4Ω×25s=2.4×10⁴J，
電動(dòng)機(jī)輸出的有用功：W_有=Fs=1250N×3m×4×5=7.5×10⁴J，
不計(jì)鋼絲繩的重力和一切摩擦，
電動(dòng)機(jī)消耗的電能：W_電′=W_有+Q=7.5×10⁴J+2.4×10⁴J=9.9×10⁴J，
所以電動(dòng)機(jī)工作效率：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{電}′}$×100%=$\frac{7.5×1{0}^{4}J}{9.9×1{0}^{4}J}$×100%≈75.8%．
答；（1）勻速提升過程中鋼絲繩上的拉力為1250N；
（2）電梯工作時(shí)消耗的總電能是1.1×10⁵J；
（3）電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的效率是75.8%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電能、熱量、效率的計(jì)算公式的應(yīng)用，正確判斷承擔(dān)物體重力繩子的段是計(jì)算拉力的關(guān)鍵，知道電動(dòng)機(jī)消耗電能W_電=W_機(jī)+Q，是計(jì)算電動(dòng)機(jī)效率的關(guān)鍵．