题目内容

17．如图所示，是利用滑轮组匀速提升水中圆柱体M的示意图，滑轮组固定在钢架上，滑轮组中的两个滑轮质量相等，绕在滑轮组上的绳子能承受的最大拉力为900N，连接圆柱体M与动滑轮挂钩的绳子能承受的最大拉力为3000N．圆柱体M高为3m，底面积为0.02m2，密度为4.5×103kg/m3．在绳端拉力F作用下，圆柱体M从其下表面距水面15m处匀速上升到其上表面与水面相平的过程中用了3min，在这个过程中，拉力F的功率为160W，滑轮组的机械效率为η，钢架对定滑轮的拉力为T．在圆柱体M被缓慢拉出水的过程中，圆柱体M的下表面受到水的压强为p．不计绳重、轮与轴的摩擦及水的阻力．
①拉力F的大小；
②滑轮组的机械效率；
③压强p的最小值．

分析 （1）解答此题首先对动滑轮和物体做整体受力分析，如解答中的图1，对定滑轮做受力分析如解答中的图2，根据F浮=ρ水gV排求得M所受的浮力，再根据重力和浮力之比可求得M的重力，从而可求得拉力F大小；
（2）根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{（{G}_{M}-{F}_{浮}）×h}{F×3h}$可求得滑轮组的机械效率；
（3）由绕在滑轮组上的绳子能承受的最大拉力为900N和连接圆柱体M与动滑轮挂钩的绳子能承受的最大拉力为3000N，可知圆柱体M的下表面受到水的压力，再利用p=$\frac{F}{S}$可求得压强p的最小值．

解答 解：
①根据题意可知，圆柱体M上升的高度h=15m-3m=12m，
由图可知，三段绳子承担总重，则绳端移动的距离s=3×12m=36m，
绳端移动的速度：v=$\frac{s}{t}$=$\frac{36m}{3×60s}$=0.2m/s，
根据P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得，拉力的大小为：
F=$\frac{P}{v}$=$\frac{160W}{0.2m/s}$=800N；
②由题可知：h=3m，S=0.02m2，
则圆柱体的体积即排开水的体积为：V=Sh=0.02m2×3m=0.06m3，
由阿基米德原理可知，圆柱体受到的浮力为：
F浮=ρ水gV排=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.06m3=600N，
圆柱体的重力：
GM=ρgV=4.5×103 kg/m3×10N/kg×0.06m3=2700N；
对动滑轮和圆柱体的整体作受力分析，如图所示：

在圆柱体露出水面之前，动滑轮对物体拉力做的功为有用功，且F动拉=GM-F浮，
则露出水面之前滑轮组的机械效率为：
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{（{G}_{M}-{F}_{浮}）×h}{F×3h}$=$\frac{（{G}_{M}-{F}_{浮}）}{F×3}$=$\frac{2700N-600N}{800N×3}$=87.5%；
③由图可知：F浮+3F=G动+GM，
则动滑轮的重力：
G动=F浮+3F-GM=600N+3×800N-2700N=300N；
当圆柱体逐渐露出水面时，浮力减小，拉力增大，由题意可知每一段绳子的拉力最多增大到900N，此时的浮力最小值，浮力为最小值为：
F浮最小=G动+GM-3F最大=300N+2700N-3×900N=300N，
则M的下表面受到的最小压力F最小=F浮最小=300N，
最小压强为：
p最小=$\frac{{F}_{最小}}{S}$=$\frac{300N}{0.02{m}^{2}}$=1.5×104Pa．
答：①拉力F的大小为800N；
②滑轮组的机械效率为87.5%；
③压强P的最小值为1.5×104Pa．

点评 本题为力学综合题，考查了学生对重力公式、密度公式、阿基米德原理、滑轮组拉力的计算方法、力的合成的掌握和运用，是我们初中力学中比较难的题目．

练习册系列答案
相关题目
20．在“测量小灯泡的电功率”实验中，小灯泡上标有“2.5V”字样（灯泡额定功率小于1W），电源为两节干电池．图甲是连接的实物图．
（1）闭合图甲电路中的开关，电压表的读数约为3V，小灯泡处于不发光状态（选填“发光”或“不发光”）．
（2）图甲只有一根导线的一个接头接错，请在需要改动的导线上打“×”，并在图上改正．
（3）改正电路后闭合开关，发现电压表示数如图乙所示，则应该将滑动变阻器的滑片P向左（“左”或“右”）移动，将电压表的示数调整到2.5V，此时电流表示数如图丙所示，测出小灯的额定功率为0.75W；此测量值和小灯泡标注的额定功率相差较大，请你分析灯泡不合格的原因：灯丝电阻过大或过小．（电表读数准确）
（4）在某次调节中，灯泡变亮，滑动变阻器接入电路的阻值变化了△R1，小灯泡的阻值变化了△R2，则△R1＞△R2（选填“＞”、“＜”或“=”）．
（5）如果增加已知阻值的定值电阻R0，只利用一只电压表，通过简单操作就能测量小灯泡的额定功率．图丁中（a）、（b）是他们设计的两种电路图，其中能完成测量的是电路图a．
8．如图所示，人沿水平方向推装满沙子的车，但没有推动，下列说法正确的是（　　）
A．人对车的作用力小于车对人的作用力
B．人对车的推力小于地面对车的摩擦力
C．人对车的推力有做功
D．人对车的推力与地面对车的摩擦力是一对平衡力
5．下列四个实例中，目的是为了增大摩擦的是（　　）
A．行李箱下面装有轮子B．在轴承中装有滚珠
C．汽车轮胎上有凸起的条纹D．给自行车加润滑油
12．根据生活经验，你认为下列数据符合实际情况的是（　　）
A．人洗澡水最适宜的温度是40℃
B．一个鸡蛋的质量大约是50g
C．电饭锅正常工作时的电流约为200mA
D．人正常步行的速度约为5km/h
2．在物理学史上，安培曾经提出分子环形电流的假说来解释为什么磁体具有磁性，他认为在物质微粒的内部存在着一种环形的分子电流，分子电流会形成磁场，使分子相当于一个小磁体（如图所示）．当这种物体被磁化时，其内部的分子电流会整齐排列，对外表现出磁性．根据安培的这一假说，以下说法正确的是（　　）
A．这一假说能够说明磁可以生电
B．这一假说能够说明磁现象产生的电本质
C．未磁化的物体，其微粒内部不含有这样的环形电流
D．磁化的物体，其微粒内部环形电流的方向是杂乱无章的
9．两个灯泡L1和L2分别标有“6V 6W”和“12V 24W”的字样，现把它们串联在12V的电路上，根据所学的知识来判断发光的亮度（　　）
A．L1 较亮B．L2较亮C．L1 和 L2 一样亮D．无法确定
6．如图甲，是“探究某种固体物质熔化特点”的实验装置，图乙是根据实验数据描绘出的该物质在熔化过程中温度随时间变化的图象．
（1）在实验中，用烧杯中的热水加热试管中固体物质，由图乙可知，该物质是晶体（选填“晶体”或“非晶体”）．
（2）在图乙中，该物质在t1时刻具有的内能小于在t2时刻的内能，这种物质的固态的比热容小于液态的比热容（以上均选填“大于”、“等于”或“小于”）．
7．在探究某种物质的熔化规律时，小刚记录的实验数据如下表所示，下列说法正确的是（　　）
加热时间/min01234567891011
物质的温度/℃404244464848484848505152
A．该物质属于非晶体
B．该物质的温度达到 46℃时，其状态是液态
C．将50℃的该物质放在教室里，它会逐渐凝固
D．将装有该物质的试管放在 48℃的温水中，该物质会逐渐熔化

违法和不良信息举报电话：027-86699610 举报邮箱：58377363@163.com

精英家教网