(1)从静止开始2s内电梯对乘客做功功率和2s末电梯对乘客做功功率;
(2)说出电梯克服哪些(至少两个)额外阻力做了无用功;
(3)从静止开始2s内和2s末电梯的效率,已知在2s末电机的输出功率为1.5×104W;
(4)说出电机做了哪些(至少两个)额外功;
(5)2s末电机的效率,已知在2s末电机的实际功率为2.0×104W;
(6)若把电机和电梯视为整体,则它们2s末的效率。
解析:(1)电梯对乘客做功功率就是电梯对乘客的作用力做功功率,2s内电梯对乘客做功功率为平均功率,选择乘客为研究对象,乘客受到地球对他重力mg和电梯对他弹力F,乘客匀加速上升,据牛顿第二定律可得F-mg=ma,
据匀加速直线运动公式可得乘客2s内位移s=at2/2=1×22/2=2m,
据功的定义式可得电梯对乘客做功W=Fs=m(g+a)s,
据功率的定义式可得电梯对乘客做功平均功率
P1= W/t= m(g+a)s/t=75(10+1)2/2=8.25×102W;
2s末电梯对乘客做功功率为瞬时功率,据匀加速直线运动公式可得乘客2s末速度v=at=1×2=2m/s,
又 P2= Fv
解得 P2= m(g+a)v=75(10+1)2=1.65×103W。
(2)选择电梯为研究对象,电机对电梯的作用力至少需要克服电梯自身重力、传动装置的摩擦阻力做了无用功。
(3)选择电梯为研究对象,电机的输出功率P,就是电机对电梯的作用力做功功率,也是电梯的输入功率;电梯对乘客做功功率,就是电梯输出功率。电梯做匀加速运动,电机对电梯的作用力为恒力F/,据匀加速直线运动公式可得电梯的瞬时速度v=at,
可得电机的瞬时输出功率
Pt= F/v=F/at是时间的一次函数,
可得2s内电机的平均输出功率
P3=(0+1.5×104)/2=7.5×103W,
根据机械效率计算公式可得2s内电梯的平均效率
η1=P1/P3=8.25×102/7.5×103=11%;
可得2s末电梯的瞬时效率
η2=P2/P=1.65×103/1.5×104=11%。
(4)选择电机为研究对象,电机内电流通过线圈电阻做功和电机转子克服定子摩擦阻力做功都是电机做的额外功。