我国南宋远洋商贸船“南海一号”于2007年成功打捞出水.为复原我国海上丝绸之路历史提供了极其珍贵的实物资料，采用沉井包裹沉船的整体打捞方式，在世界水下考古也是一大创新。某同学为了体验“南海一号”的打捞过程，特利用滑轮组从水下打捞一重物。
如图所示，用一个底面积S=0.05m2、高h=0.2m的长方体形状的重物模拟“南海一号”，该同学站在岸边拉动绳子自由端，使重物从水底开始向上运动,假定重物一直做竖直向上的匀速直线运动，并经历三个运动阶段：第一阶段，从重物在水度开始运动到重物的上表面面刚露出水面，绳对重物的拉力 F1=140 N, 用时t1=40s,第二阶段,从重物上表面刚露出水面到其下表面刚离开水面，用时t2=4s，第三阶段，从重物下表面离开水面后在空中上升, 已知动滑轮所受重力G0=60 N, ρ水=1.0×103kg/m3, g=10N/g,不计绳重、轮与轴之间的摩擦及水的阻力，不考虑重物出水前后质量的变化。求：
①在第一阶段运动中，水对重物的浮力F浮为多大?
②在第一阶段运动中，绳对重物做功W1为多大?
③滑轮组在第一阶段运动中的机械效率η1和第三阶段运动中的机械效率η3分別为多大?
解析：
①物体的体积和受到的浮力：
V=Sh=0.05m2×0.2m=0.01m3
F浮=ρ水gV排=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.01m3
=100N
②因为物体刚露出水面到刚好全部离开水面所用时间为4s，故物体上升的速度为：
v= | h | = | 0.2m | =0.05m/s |
t2 | 4s |
故，物体在水中上升到刚好到达水面所上升的高度h’为：
h’=vt1=0.05m/s×40s=2m
拉力对物体做功：
W1=FS=F1h=140N×2m=280J
③在第一阶段时，浮力为100N，拉力为140N，故物体的重力为：
G=F1+F浮=100N+140N=240N
此时滑轮组的机械效率为：
η= | W有用 | = | F1h | = | 140N | =70% |
W有用+W外 | F1h+G动h | 140N+60N |
同理第三阶段的机构效率为：
η'= | W’有用 | = | Gh | = | 240N | =80% |
W’有用+W外 | Gh+G动h | 240N+60N |
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