题目内容
【题目】快乐周三科技兴趣小组活动中,小泉同学为了探究“向水中释放潜水装置的有关规律”,他建立了如图甲所示的理想模型,由复合材料制成的圆柱体A悬挂在动滑轮下面,一根绳子通过某种绕法(未画出)将定滑轮、动滑轮组成滑轮组,绳子的一端握在小泉手中。通过缓慢释放绳子,使物体A先在空中下降,然后逐渐进入水中。实验时,物体A下表面向下移动的距离为x,小泉手拉绳子的力F与x的关系如图乙所示,已知圆柱体A的密度ρA=3×103kg/m3,底面积S=0.06m2,高H=1m;小泉同学的质量为50kg。若不计动滑轮自重,不计绳重和滑轮组各处摩擦。
(1)求A物体的重力G;
(2)通过计算猜想滑轮组中的绳子的绕法在图甲中画出一种绕法(滑轮不一定都用上);
(3)计算出图乙中Fx的数值;
(4)兴趣小组辅导员刘老师问,以上计算不计动滑轮自重,不计绳重和滑轮组各处摩擦。若只考虑动滑轮总重,不计绳重和摩擦,算得图乙中Fx的数值是450N,推算当物体A浸入水中0.5m深时,对绳子的拉力F。
【答案】(1)1800N;(2) (3)400N;(4)550N
【解析】
(1)由于圆柱体A的底面积是S=0.06 m2,高是H=1m,所以,物体A的体积是
VA =SH=0.06 m2×1m=0.06m3
物体A的质量是
m=ρV=3×103kg/m3×0.06m2×1m=180kg
A物体的重力是
G=mg=180kg×10N/kg=1800N
(2)由F-x图象知道,当x=0时,F=600N,即物体A在空中下降时的拉力为600N,由于不计动滑自重、绳重和滑轮组各处摩擦,连接动滑轮绳子的股数是
n==3段
即有三股绳子的拉力与重力G平衡,所以,绳子的绕法有多种,其中之一如下图,由于学生体重小于拉力,所以绳子自由端只能如图向上拉,不能向下拉
(3)由F-x图象知道,当x≥2m时,手拉绳子的力Fx 不变,说明此时物体A浸没在水中,故物体A排开水的体积是
V排=VA=0.06m3
此时物体A受到重力、浮力和拉力的作用,且拉力是
Fx=(G-F浮)=×(1800N-1×103kg/m3×0.06m3×10N/kg)=400N
(4)若考虑动滑轮重,不计绳重和摩擦,算得图乙中Fx的数值是450N,由
Fx=(G+G动-F浮)
得,动滑轮重为
G动=3Fx+F浮-G=3×450N+600N-1800N=150N
当物体A浸入水中h=0.5m时,此时学生对绳子的拉力是
Fx=(G+G动-F浮)= (1800+150N-1×103kg/m3×0.06 m2×0.5m×10N/kg)=550N
答:(1)A物体的重力是1800N;
(2)见解析;
(3)图乙中Fx的数值是400N;
(4)当物体A浸入水中0.5m深时,对绳子的拉力是550N。
【题目】在“再探动滑轮”活动中,实验装置如图所示:
(1)在测量作用在绳端的拉力时,要竖直向上_______拉动弹簧测力计,使挂在动滑轮下面的钩码缓缓上升;
(2)下表是某同学实验时记录的实验数据:
序号 | 动滑轮重G/N | 钩码重G/N | 钩码上升高度h/ cm | 绳端拉力F/N | 绳端移动距离s/cm | 机械效率 |
1 | 0.1 | 1 | 10 | 0.6 | 20 | 83.3% |
2 | 0.1 | 2 | 10 | 1.1 | 20 | |
3 | 0.2 | 2 | 10 | 1.2 | 20 | 83.3% |
分析表中数据可知:
①第2次实验中,动滑轮的机械效率是_______;
②对于同一动滑轮,所提升钩码的重力增大,机械效率将_______(选填“增大”、“减小”或“不变”,下同);提升相同重力的钩码时,动滑轮的重力增大,其机械效率将_______。