拓展创新
全球最大的“超级电梯”三峡升船机是三峡工程重要通航设施之一，主要为客船、货船和特种船舶提供快速过坝通道(如图 9.6 - 10 甲)，过船规模为$3000t$级，提升总质量约$15500t$，最大提升高度为$113m$，是目前世界上规模最大、技术难度最高的垂直升船机。
与电梯相似，升船机主要由塔柱、承船厢、滑轮组和平衡重等构成，如图 9.6 - 10 丙。承船厢装满水时水深$3.5m$、总质量为$15500t$，其工作原理是：船只由航道进入装满水的承船厢，此时滑轮组无驱动力，平衡重组借助滑轮组使承船厢和船只保持悬空静止；关闭闸门后，再由带驱动力的滑轮组和平衡重组共同将承船厢提升或下降，到达位置后开闸，船只驶出承船厢。($g$取$10N/kg$)

阅读短文后，回答下面的问题。
(1) 如图 9.6 - 10 丙所示，升船机滑轮组中定滑轮既可以产生驱动力，还可以。
(2) 一艘总质量为$3000t$(船重 + 货重)的货轮驶入装满水的承船厢，根据阿基米德原理，承船厢会排出$t$的水；关闭承船厢的闸门后，货轮和承船厢的总质量是$t$。
(3) 升船机将一艘总质量为$3000t$的货轮，从下航道闸口以$0.2m/s$的速度提升$100m$到上航道闸口。在提升过程中，为克服系统机械摩擦阻力和风阻力等，滑轮组驱动机构给予了承船厢$4×10^{6}N$的驱动力，则在这次提升中滑轮组的驱动功率是$W$，升船机提升货轮的机械效率是(结果精确到$0.1\%$)。

改变力的方向
3000
15500
$8×10^5$
18.9%

【解析】
1. 定滑轮的特性：定滑轮的基本作用是改变力的方向，在升船机的滑轮组中，定滑轮除可提供驱动力外，还能改变力的方向。
2. 阿基米德原理的应用：货轮在承船厢的水中漂浮，根据漂浮条件，浮力等于货轮的重力；再结合阿基米德原理，浮力等于排开水的重力，因此排开水的质量等于货轮的质量，即3000t。
承船厢装满水时总质量为15500t，放入货轮后，排出水的质量与货轮质量相等，相当于货轮的重力替代了排出水的重力，因此货轮和承船厢的总质量仍为15500t。
3. 功率与机械效率计算：
驱动功率：根据功率公式$P=Fv$，已知驱动力$F=4×10^6N$，提升速度$v=0.2m/s$，代入得$P=4×10^6N×0.2m/s=8×10^5W$；
有用功为货轮提升过程中增加的重力势能：$W_{有}=m_{船}gh=3000×10^3kg×10N/kg×100m=3×10^9J$；
总功为升船机驱动机构克服摩擦与提升系统做的总功，结合机械效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%$，代入数据计算得机械效率约为18.9%。
【答案】
(1) 改变力的方向
(2) $\boldsymbol{3000}$；$\boldsymbol{15500}$
(3) $\boldsymbol{8×10^5}$；$\boldsymbol{18.9\%}$
【知识点】
定滑轮的特点；阿基米德原理；功率与机械效率的计算
【点评】
本题以三峡升船机这一实际工程为背景，综合考查力学核心知识点，要求学生将物理原理与实际场景结合，理解升船机的平衡重工作机制，对知识的迁移应用能力要求较高，能有效考查学生对力学综合知识的掌握程度。
【难度系数】
0.3