题目内容

8．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，绳重和摩擦不计．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，滑轮组的机械效率为多大；
（5）物体离开过程中，滑轮组的机械效率有变化吗？

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=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{有}+{W}_{额}}$=$\frac{G}{G+{G}_{动}}$求机械效率．
（5）额外功为克服动滑轮的重力所做的功，有用功和额外功的和为总功，再根据滑轮组的机械效率得出表达式，进一步得出结论．

解答 解：（1）物体完全浸没在水中时，则V排=V物=0.8m3，
则浸没在水中时物体受到的浮力：
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；
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，物体的重：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=300kg×10N/kg=3×103N；
由图可知，动滑轮上的绳子股数为n=3，
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）已知拉力F的功率P=3kW=3000W，
根据P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得，绳端移动速度：
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=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{有}+{W}_{额}}$=$\frac{G}{G+{G}_{动}}$，
所以，物体离开水面前，滑轮组的机械效率：
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）物体离开水面过程中，由于其所受的浮力变小，相当于滑轮下面的物重增加了，即有用功增大了；使用同一滑轮组提升的物体时，产生的额外功相同；根据滑轮组的机械效率η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{有}+{W}_{额}}$可知，滑轮组机械效率增大，即物体离开水面过程中，滑轮组的机械效率变大；
当物体离开水面后，物重不变，即有用功和额外功都不变，故机械效率不变．
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）物体离开水面过程中，滑轮组的机械效率变大；物体离开水面后，滑轮组的机械效率不变．

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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18．下列有关声现象的说法，正确的是（　　）
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C．发声体的振幅越大，频率越高
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19．生活处处有科学，勤于思考皆学问．只要你善于观察，在厨房中你就可以发现许多与科学知识有关的现象和问题，请你用学过的科学知识进行解答：
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（2）从厨房中你还能发现哪些与科学知识有关的现象？试举一例（要求写出现象或厨具名称，以及所涉及的科学知识）刀把上的花纹；增大摩擦．
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所以可以接在电路中使用．李明仔细观察了电热水壶的构造，发现其发热体就是一根电热丝．他想将它改造一下，使其烧开一壶水所用的时间缩短，李明改造的方案可能是剪短电阻丝，增大实际功率，增大相同时间产生的热量，可以缩短烧开一壶水的时间（合理即可）．
电热水壶铭牌
额定电压220V
额定功率1000W
容积1.5L
超温保护器熔断温度110℃
16．夏天，人们在开启啤酒瓶盖的瞬间什有“嘭”的一声，瓶口有一股“白汽”山现．请你根据上述情景提出两个与物理知识有关的问题，并针对所提出的问题做出简答．
问题1：在塞子蹦起来的同时，为什么瓶口会出现“白气”？
简答：瓶内的气体对瓶盖做功，内能减少而温度降低，气体内水蒸气液化而形成“白气”．
问题2：为什么瓶内气压会减小？
简答：由于瓶内气体在温度降低时，内部的水蒸气发生了液化，而使得瓶内气体变稀薄，故气压减小．
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C．下坡用力握车闸--增大压力增大摩擦
D．上坡前快速蹬几下，容易上坡--动能转化为重力势能
4．探究篮球反弹性能的强弱与哪些因索有关？
 猜想与假设：
猜想一：可能与篮球的材质有关；
猜想二：可能与篮球的充气情况、质量（或大小）有关．
制定计划与设计实验：
在探究猜想一时，小余同学只选择材质不同、其他因素都相同的篮球．设计了以下实验方案．
方案一：其他条件都相同，用力向下拍不同的篮球，观察比较它们反弹后的高度；
方案二：其他条件都相同，将不同的篮球从同一高度自由下落．观察比较它们反弹后的高度
方案三：其他条件都相同，使不同的篮球反弹到相同的高度．观察比较它们所需自由下落高度．
评估与交流：
（1）按照方案一探究，其不足之处是很难控制向下拍的力相同．
（2）按照方案二探究．篮球反弹后的高度越高，反弹性能就越强；像这种用反弹的高度来表示篮球反弹性能强弱的方法，在物理学上，我们把这种研究方法称之为转换法．
（3）按照方案三探究，篮球所需自由下落的高度越高，反弹性能就越弱．
拓展应用：类比于机械效率，我们可以用篮球反弹后的机械能与反弹前的机槭能的比值来描述篮球反弹性能的强弱，其值越大，则反弹性能就越强．
11．探究篮球反弹性能的强弱与哪些因索有关？
【猜想与假设】猜想一：可能与篮球的材质有关；
猜想二：可能与篮球的充气情况有关．
【制定计划与设计实验】
在探究猪想一时，我们只选择材质不同、其他因素都相同的篮球．设计了以下实验方案．
方案一：其他条件都相同，用力向下拍不同的篮球，观察比较它们反弹后的高度；
方案二：其他条件都相同，将不同的篮球从同一高度自由下落．观察比较它们反弹后的高度
方案三：其他条件都相同，使不同的篮球反弹到相同的高度．观察比较它们所需自由下落高度．
【评估与交流】
（1）按照方案一探究，其不足之处是很难控制向下拍的力相同．
（2）按照方案二探究．篮球反弹后的高度越高，反弹性能就越强；像这种用反弹的高度来表示篮球反弹性能强弱的方法，在物理学上，我们把这种研究方法称之为转换法．
（3）按照方案三探究，篮球所需自由下落的高度越高，反弹性能就越弱．
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