题目内容

20.如图所示,是使用汽车从湖水中打捞重物的示意图.汽车通过定滑轮牵引水下一个圆柱形重物,在整个打捞过程中,汽车以恒定的速度v=0.2m/s向右运动.图乙是此过程中汽车拉动重物的拉力F随时间t变化的图象.设t=0时汽车开始提升重物,忽略水的阻力、绳重和滑轮的摩擦,g取10N/kg.
求:(1)重物露出水面前,汽车拉重物的功率;
(2)圆柱形重物的密度;
(3)重物打捞上来后,重物对地面的压强.

分析 (1)从图象上可以看出物体浸没水中时拉力的大小,根据公式P=Fv可求重物露出水面前,汽车拉重物的功率;
(2)露出水面后绳子的拉力就等于物体的重力;根据公式m=Gg可求物体的质量;
绳子两次拉力之差,就是物体所受的浮力,根据浮力公式求出体积的大小;根据公式ρ=$\frac{m}{V}$求出物体密度的大小;
(3)根据图乙可知,当圆柱体刚露出水面到完全露出水面所用的时间,再根据速度的变形公式求出圆柱体的高度,进一步求出圆柱体的底面积;重物对地面的压力等于重物的重力;最后利用p=$\frac{F}{S}$求出重物对地面的压强.

解答 解:(1)根据题意及图象乙可知,重物露出水面前,汽车的拉力F=3500N;
功率:P=Fv=3500N×0.2m/s=700W;
(2)根据图乙可知,重物的重力G=4000N,质量m=$\frac{G}{g}$=$\frac{4000N}{10N/kg}$=400kg;
重物浸没在水中时受到的浮力:F浮=G-F=4000N-3500N=500N;   
物体的体积:V=V排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{500N}{1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=0.05m3;
圆柱形重物的密度:ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{400kg}{0.05{m}^{3}}$=8×103kg/m3;
(3)根据图乙可知,圆柱体刚露出水面到完全露出水面所用的时间:t=60s-50s=10s;
圆柱体的高度:h=vt=0.2m/s×10s=2m;
圆柱体的底面积:S=$\frac{V}{h}$=$\frac{0.05{m}^{3}}{2m}$=0.025m2;
重物打捞上来后,重物对地面的压强:p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{4000N}{0.025{m}^{2}}$=1.6×105Pa.
答:(1)重物露出水面前,汽车拉重物的功率为700W;
(2)圆柱形重物的密度为8×103kg/m3;
(3)重物打捞上来后,重物对地面的压强为1.6×105Pa.

点评 本题考查质量、密度、液体压强的计算,难点是根据图象对物体进行受力分析,这是解决本题的关键.

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