Question

如图所示为修建高层建筑常用的塔式起重机．在起重机将质量m=5×103kg的重物竖直吊起的过程中，重物由静止开始向上作匀加

Answer 1

解题思路：首先要明白该题的物理过程（F为起重机牵引力）：

第一阶段：匀加速运动阶段．

开始，重物由静止做匀加速直线运动，这个过程中V增大，起重机功率P=FV也增大（F=mg+ma 不变，V增大）；

第二阶段：变加速运动阶段，加速度逐渐减小．

起重机输出功率达到其允许的最大值并保持不变时，其功率已不能维持重物继续做匀加速直线运动了，此时重物虽然做加速运动，但加速度逐渐减小，直到a=0．这个过程中P=FV不变（F减小，V增大）；

第三阶段：匀速直线运动阶段．

加速度等于0后，速度已达到最大值V_m，此时物体做匀速直线运动，此时F=mg，P=FV=mgV_m，不变．

：（1）设起重机允许输出的最大功率为P_m，重物达到最大速度时，此时物体做匀速直线运动，拉力F₀等于重力．

P_m=F₀v_m…①

F₀=mg…②

代入数据，有：P_m=5.1×10⁴W…③

（2）匀加速运动结束时，起重机达到允许输出的最大功率，设此时重物受到的拉力为F，速度为v₁，匀加速运动经历时间为t₁，有：

P_m=Fv₁…④

F-mg=ma…⑤

V₁=at₁…⑥

由③④⑤⑥，代入数据，得：t₁=5 s…⑦

（3）T=2s时，重物处于匀加速运动阶段，设此时速度为v₂，输出功率为P，则：

v₂=at…⑧

P=Fv₂…⑨

由⑤⑧⑨，代入数据，得：P=2.04×10⁴W．

答：（1）起重机允许输出的最大功率是5.1×10⁴W．

（2）重物做匀加速运动所经历的时间是5 s．

（3）起重机在第2秒末的输出功率是2.04×10⁴W．

点评：

本题考点： 牛顿运动定律的综合应用；匀变速直线运动的速度与时间的关系．

考点点评： 高中物理中，分析受力和物理过程是非常重要的．最大功率要用第三阶段中的Pm=FV=mgVm计算，而不能用第一阶段中的F与第三阶段中的Vm的乘积计算，两个F是不同的；Vm是最终速度，整个过程并不全是匀加速运动，不能用Vm=at来计算整个过程时间． 应该根据Pm=FV1=（mg+ma）at来求t． 要注意某一时刻的物理量要对应起来．