题目内容

4.如图是建造大桥时所用的起吊装置示意图,使用电动机和滑轮组将实心钢筋混凝土柱体A吊起缓慢沉入江底,已知A的重力为2×104N,A没有进入水面前,电动机对绳的拉力F大小为8.0×103N.(不计钢缆绳与滑轮间的摩擦及绳重,不考虑风浪、水流灯因素的影响,g取10N/kg),求:
(1)若钢筋混凝土的密度为2.5×103kg/m3,则A全部入水后受到的浮力多大?
(2)A未进入水前滑轮组的机械效率多大?(提示:可以假设A物体未入水前下落的高度为h)
(3)A缓慢沉入水里的过程中所受到水的浮力如何变化?滑轮组的机械效率如何变化?

分析 (1)已知A的重力的重力可求得其质量,利用密度公式变形可求得其体积,A全部入水后V排=V,再利用F浮=ρgV排可求得全部入水后受到的浮力;
(2)可以假设A物体未入水前下落的高度为h,利用W有用=Gh可求得有用功,利用W总=Fs可求得总功,然后利用η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%可求得A未进入水前滑轮组的机械效率;
(3)A缓慢沉入水里的过程中,排开水的体积先逐渐减小,然后不变,根据F浮=ρgV排可知浮力变化情况;
滑轮组对货物的拉力先变小后不变,据此分析滑轮组的机械效率如何变化.

解答 解:(1)由G=mg可得,A的质量:m=$\frac{G}{g}$=$\frac{2×1{0}^{4}N}{10N/kg}$=2×103kg,
由ρ=$\frac{m}{V}$可得,A的体积:V=$\frac{m}{{ρ}_{A}}$=$\frac{2×1{0}^{3}kg}{2.5×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}$=0.8m3,
则A全部入水后,排开水的体积:V排=V=0.8m3,
A受到的浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.8m3=8×103N,
(2)由图可知,n=3;
假设A物体未入水前下落的高度为h,有用功:W有用=Gh=2×104N×h,
总功:W总=Fs=8.0×103N×3h
A未进入水前滑轮组的机械效率:η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{2×1{0}^{4}N×h}{8.0×1{0}^{3}N×3h}$×100%≈83.3%.
(3)A缓慢沉入水里的过程中,排开水的体积先逐渐增大,然后不变,根据F浮=ρgV排可知,浮力先增大后不变;
由于浮力先增大后不变,所以滑轮组对货物的拉力先变小后不变;
滑轮组对货物的拉力所做的功为有用功,由η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{{F}_{拉物体}h}{F×3h}$可知滑轮组的机械效率先变小后不变.
答:(1)若钢筋混凝土的密度为2.5×103kg/m3,则A全部入水后受到的浮力为8×103N;
(2)A未进入水前滑轮组的机械效率为83.3%;
(3)A缓慢沉入水里的过程中所受到水的浮力先增大后不变;滑轮组的机械效率先变小后不变.

点评 本题考查知识点比较多,重力的计算、浮力的计算、有用功和总功的计算、机械效率的计算,涉及到动滑轮的使用,属于难题.

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