如图是某科研小组设计的在岸边打捞水中物品的装置示意图．该装置由悬挂机构和提升装置两部分组成．悬挂机构由固定杆OD和杠杆BC构成，O为杠杆BC的支点，CO：OB=4：1．配重E通过绳子竖直

Question

如图是某科研小组设计的在岸边打捞水中物品的装置示意图．该装置由悬挂机构和提升装置两部分组成．悬挂机构由固定杆OD和杠杆BC构成，O为杠杆BC的支点，CO：OB=4：1．配重E通过绳子竖直拉着杠杆B端，其质量m_E=500kg．安装在杠杆C端的提升装置由支架、电动机Q、定滑轮K及动滑轮M构成．其中支架和电动机Q的总质量m_Q=12kg，定滑轮K和动滑轮M的质量均为m₀．可利用遥控电动机拉动绳子，通过滑轮组提升浸没在水中的物品．在一次打捞一批实心金属材料过程中，金属材料浸没在水中匀速竖直上升，此时电动机Q牵引绳子的功率为P₁，绳子H端的拉力为F₁，金属材料上升速度大小为v₁，地面对配重E的支持力为N₁，滑轮组的机械效率为η₁；在金属材料全部露出水面后匀速竖直上升的过程中，绳子H端的拉力为F₂，地面对配重E的支持力为N₂，滑轮组的机械效率为η₂．已知F₁=200N，v₁=0.2m/s，η₂=95%，N₁：N₂=6：1，绳和杠杆的质量、捆绑金属材料的钢丝绳的质量和体积、滑轮与轴及杠杆支点处的摩擦、水对金属材料的阻力均可忽略不计，g取10N/kg．
求：
（1）金属材料浸没在水中匀速上升时电动机牵引绳的功率P₁；
（2）动滑轮M的质量m₀；
（3）被打捞金属材料的密度ρ_金．

Answer 1

（1）金属材料浸没在水中匀速上升时，电动机牵引绳子的功率为
P₁=F₁×3v₁=200N×3×0.2m/s=120W；
（2）金属材料浸没在水中匀速上升时，以支架、电动机Q、定滑轮K为研究对象，受力分析图如图1所示，配重E的受力分析图如图2所示，杠杆上C点、B点受力分析图如图3所示．
==4×10^-2m³
金属材料密度：
ρ===≈2.4×10³kg/m³．
答：（1）金属材料浸没在水中匀速上升时电动机牵引绳的功率为120W；
（2）动滑轮M的质量为5kg；
（3）被打捞金属材料的密度约为2.4×10³kg/m³．