题目内容

9.一名体重为500N、双脚与地面接触面积为0.04m2的学生站在水平地面上,要用滑轮组在20s内将600N的重物匀速提升1m,如图所示.
(1)他站在地面上时对地面的压强多大?
(2)请在图上画出滑轮组的绕线方式;
(3)若匀速提升过程中滑轮组的机械效率是75%,则拉力所做的功多大?拉力所做的功率是多大?
(4)提升重物时与没拉绳子时相比,他对地面的压强减小(选填“增大”、“减小”或“不变”).

分析 (1)他站在地面上时对地面的压力和自己的体重相等,又知道双脚与地面接触面积,根据p=$\frac{F}{S}$求出对地面的压强;
(2)在使用滑轮组提升重物时,既要考虑到它的省力情况,还应注意动力的施力方向;
(3)由图可知滑轮组绳子的有效股数,根据s=nh求出绳端移动的距离,根据W=Gh求出有用功,利用η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%求出总功,利用W=Fs求出拉力的大小,利用P=$\frac{W}{t}$求出拉力的功率.
(4)提升重物时与没拉绳子时相比,受力面积不变,根据p=$\frac{F}{S}$,通过分析他对地面的压力的变化,分析压强的大小变化.

解答 解:(1)他站在地面上时对地面的压力:
F=G=500N,
对地面的压强:
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{500N}{0.04{m}^{2}}$=1.25×104Pa;
(2)因为滑轮组要求站在地面上提升重物,
所以,最终的绳子自由端方向向下,则绳子的起始端应在定滑轮上,如图所示:

(3)由图可知,n=2,则绳端移动的距离:
s=nh=2×1m=2m,
拉力做的有用功:
W有=Gh=600N×1m=600J,
由η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%可得,拉力做的总功:
W总=$\frac{{W}_{有}}{η}$=$\frac{600J}{75%}$=800J,
由W=Fs可得,拉力的大小:
F=$\frac{{W}_{总}}{s}$=$\frac{800J}{2m}$=400N,
拉力的功率:
P=$\frac{{W}_{总}}{t}$=$\frac{800J}{20s}$=40W.
(4)没拉绳子时,他对地面的压力等于其自身重力等于500N,
提升重物时,他对地面的压力等于他的重力减去绳子对他的拉力,即500N-400N,
提升重物时与没拉绳子时相比他对地面的压力减小,而受力面积不变,
根据p=$\frac{F}{S}$可知,他对地面的压强减小.
答:(1)他站在地面上时对地面的压强为1.25×104Pa;
(2)滑轮组的绕线方式如上图所示;
(3)拉力F为400N,拉力的功率为40W;
(4)减小.

点评 本题考查了压强的计算和滑轮组的组装以及功、功率、机械效率公式的应用,设计滑轮组的绕绳方案应从两方面考虑,一是省力情况,二是绳子自由端的朝向.

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