题目内容

6．如图所示是利用起重机打捞水中物体的示意图，吊臂前端由滑轮组组成，动滑轮总重300Kg，绳重及摩擦不计．现在用此起重机从水中把质量为2×103Kg，体积为0.8m3的物体G匀速提起，滑轮组上钢丝绳拉力F的功率为3KW（g=10N/Kg，ρ水=1.0×103Kg/m3）．求：
（1）物体完全浸没在水中时受到的浮力；
（2）物体离开水面前拉力F的大小；
（3）物体离开水面前上升的速度；
（4）物体离开水面前，滑轮组的机械效率；
（5）该起重机配备的柴油机最低油耗可达240g/（kW•h），240g/kW•h表示获得1kW•h电能消耗240g柴油（1kW•h=3.6×106J），柴油的热值为4.3×107J/kg．该起重机的机械效率是多少？

分析 （1）未露出液面，此时物体排开水的体积与物体体积相等，由阿基米德原理可求出金属块的浮力；
（2）物体离开水面前受重力、拉力和浮力的作用，根据受力平衡求出物体对滑轮组的拉力G′；求出动滑轮的重力，由于绳重和摩擦不计，则利用F=$\frac{1}{3}$（G+G动）求绳子的拉力．
（3）根据P=Fv即可求出上升的速度；
（4）根据η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{Gh}{\frac{1}{n}（G+{G}_{动}）nh}$=$\frac{G}{G+{G}_{动}}$求机械效率．
（5）知道起重机配备的柴油机的油耗为240g/kW•h，获得1kW•h电能（有用能量）消耗240g柴油，根据η=$\frac{{Q}_{有}}{W}$求出该起重机的效率；

解答 解：（1）物体排开水的体积与物体的体积相等，即V排=V物=0.8m3，
则F浮=ρ水V排g=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.8m3=8×103N；
（2）物体重力G=mg=2×103Kg×10N/kg=2×104N；
由于物体离开水面前受重力、滑轮组对物体的拉力G′和浮力的作用，根据受力平衡可知：G=G′+F浮；
所以，G′=G-F浮=2×104N-8×103N=1.2×104N；
动滑轮的总重力为G动=m动g=300×10N/kg=3×103N；
由图可知：滑轮组的绳子股数为n=3，
则由于绳重和摩擦不计，所以绳子的拉力为F=$\frac{1}{3}$（G′+G动）=$\frac{1}{3}$×（1.2×104N+3×103N）=5×103N；
（3）已知功率P=3kW=3000W，根据P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得：
速度v=$\frac{P}{F}$=$\frac{3000W}{5×1{0}^{3}N}$=0.6m/s，则物体上升的速度为v′=$\frac{1}{3}$v=$\frac{1}{3}$×0.6m/s=0.2m/s；
（4）由于绳重和摩擦不计，则η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{Gh}{\frac{1}{n}（G+{G}_{动}）nh}$=$\frac{G}{G+{G}_{动}}$，
所以，物体离开水面前，的机械效率η=$\frac{G′}{G′+{G}_{动}}$×100%=$\frac{1.2×1{0}^{4}N}{1.2×1{0}^{4}N+3×1{0}^{3}N}$×100%=80%．
（5）重机配备的柴油机消耗240g的柴油工作时获得的有用功为：W有=1kW•h=3.6×106J，
消耗240g的柴油完全燃烧放出的热量为：
Q=mq=0.24kg×4.3×107J/kg=1.032×107J，
所以起重机的效率为：
η=$\frac{{Q}_{有}}{W}$=$\frac{3.6{×10}^{6}J}{1.032{×10}^{7}J}$≈35%．
答：（1）物体完全浸没在水中时受到的浮力为8×103N；
（2）物体离开水面前拉力F的大小为5×103N；
（3）物体离开水面前上升的速度为0.2m/s；
（4）物体离开水面前，滑轮组的机械效率为80%．
（5）该起重机的机械效率是35%．

点评 本题为力学综合题，考查了学生对阿基米德原理、功率公式、效率公式的掌握和运用，知识点多、综合性强，要求灵活运用所学知识．

练习册系列答案
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16．“探究串联电路特点”时小明选用两只规格相同的灯泡连接的电路如图甲所示．

（1）闭合开关S后，发现灯L1发光，L2不发光．同学们有以下几种猜想：①L2灯丝断了；②L2短路；③灯L2也工作，但L2中电流比L1中电流小．以上猜想中正确有②（填序号）．
（2）为了寻找“串联电路的电流关系”，分别把图中A、B、C各点断开，然后把电流表接入，闭合开关前，发现其中一个电表指针如图乙所示，出现这种现象的原因是电流表指针没有调零．
（3）在寻找“串联电路的电压关系”时，小明将电压表并联在L1两端，闭合开关，电压表示数如图丙所示，为了使实验结果更准确，接下来他应该断开开关，电压表换用0-3V量程，然后再进行实验．
（4）正确实验操作后，测得A、B、C三处的电流记IA、IB、IC，测得AB、BC、AC两点间的电压UAB、UBC、UAC．下列说法正确的是D 
A．IA＞IB＞IC    B．IA＜IB＜IC     C．UAB=UBC=UAC     D．UAC=UAB+UBC
（5）为了使结论更有普遍性，可采用的方法是A：．A、换用不同规格灯泡多次实验，B、改变电源电压多次实验．
17．利用天平和量筒测合金块的密度：

（1）调节天平时，发现指针偏向分度盘右侧（如图甲），此时应将平衡螺母向左调；
（2）小明用托盘天平测合金块的质量，操作情况如图乙所示，指出其中的一个错误是：
用手拿砝码．改正错误后，小明用正确的方法称合金块的质量，平衡时放在盘中的砝码和游码在标尺上的位置如图丙所示，则合金块的质量是47.4g．
（3）用细线栓好合金块，把它放入盛有30ml水的量筒中，水面达到了如图丁所示，则合金块的密度为4.74×103kg/m3．
14．小明、小华、小军三位同学在物理实验时，对“串联电路电压规律”进行探究．
【猜想与假设】串联电路总电压等于各用电器两端的电压之和
（1）按电路图连接电路；
（2）闭合开关，用电压表测出L1两端的电压；
（3）在测L2两端的电压时，小明同学为了节省实验时间，采用以下方法：电压表所接的B接点不动，只断开A接点，并改接到C接点上．
（4）测出AC间的电压．
【交流与评估】
（1）在连接电路时，开关必须断开；
（2）小明用上面的方法不能测出L2两端的电压，理由是电压表正负接线柱接反了；
（3）方法改进后，所测出AB、BC、AC间的电压记录在下面表格中．小明同学在这个实验设计方案上还存在的不足之处是只进行了一次实验，结论具有片面性；
UAB/VUBC/VUAC/V
2.01.83.8
（4）小华同学在用电压表测电压时，电压表指针偏转角度每次均很小，这是由于C；
A．电压表没有并联在电路中    B．“+”、“-”接线柱接反
C．电压表量程选择太大        D．电压表量程选择太小
（5）小军同学按图示电路图连接电路，闭合开关后发现L2灯亮，L1灯不亮，电压表的示数为0，造成该现象可能的原因是L1短路．
1．如图，是一种自动测定油箱内油面高度的装置，R是绕O点转动的变阻器，它的金属滑片P是杠杆的一端，下列说法正确的是（　　）
A．R、R0在电路中是并联的B．油量表是由电流表改装而成的
C．油位越高，流过R的电流越大D．油位越高，R两端的电压越大
11．小星家的太阳能热水器，水箱容积是200L．小星进行了一次观察活动：某天早上，他用温度计测得自来水的温度为20℃，然后给热水器水箱送满水，中午时“温度传感器”显示水箱中的水温为45℃．请你求解下列问题：
（1）水吸收的热量；（c水=4.2×103J/（kg•℃））
（2）如果水吸收的这些热量，由燃烧天然气来提供，而燃气灶的效率为40%，求至少需要燃烧多少天然气？（天然气的热值为q=3.5×107J/kg）
18．请在图中用笔画线代替导线，按要求连接电路．要求：
（1）开关同时控制两盏电灯；
（2）电灯L1、L2并联；
（3）电流表测干路电流；
（4）所画导线不能交叉．
15．为了验证并联电路的电流特点，小薇设计了如图所示的电路进行实验．
她测出了L1、L2支路和干路上的电流分别为I1、I2和I，电流表示数如图甲、乙、丙所示，可读出：I1=0.5A，I2=0.52A，I=1.0A．根据测量结果，在误差允许范围内你认为并联电路中干路电流和各支路电流的关系是：I=I1+I2（写出关系式即可）
16．如图所示，一个标有“6V 3.6W”字样的小灯泡L和最大阻值为50Ω的滑动变阻器R串联后接在电压U恒为6V的电路中．设灯泡电阻不变，当滑片从b滑向a的过程中下列判断正确的是（　　）
A．灯泡越来越亮
B．电路消耗的总功率先增大后减小
C．变阻器R消耗的功率先增大后减小
D．一定存在某一位置灯L和电阻R的电功率相等
E．移动滑片R电路中总功率最小值为0.6W
F．无论怎样移动滑片R电路中总功率不会超过2W

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