题目内容
如图所示,质量为70kg的工人站在岸边通过一滑轮组打捞一块沉没在水池底部的石材,该滑轮组中动滑轮质量为5kg.当工人用120N的力拉滑轮组的绳端时,石材仍沉在水底不动.工人继续增大拉力将石材拉起,在整个提升过程中,石材始终以0.2m/s的速度匀速上升.在石材还没有露出水面之前滑轮组的机械效率为η1,当石材完全露出水面之后滑轮组的机械效率为η2,且η1:η2=63:65.绳重及滑轮的摩擦均可忽略不计,石材的密度ρ石=2.5×103kg/m3,取g=10N/kg,求:
(1)当人用120N的力拉绳端时,岸边地面对人的支持力为多大;
(2)在石材脱离水池底部至完全露出水面的过程中,地面对人的支持力的最大值与最小值之比;
(3)当石材露出水面之前,人拉绳子的功率;
(4)此人用这个滑轮组提升重物的最大机械效率.
(1)人的重力等于拉力加上地面对人的支持力,据此求地面对人的支持力;
(2)石材在水中,知道石材的体积(排开水的体积),利用阿基米德原理求石材受到水的浮力,此时人的拉力最小,地面对人的支持力最大,地面的支持力F支1=G人-F拉1;石材离开水面,此时人的拉力最大,地面对人的支持力最小,地面的支持力F支2=G人-F拉2;可求地面对人的支持力的最大值与最小值之比;
(3)当石材露出水面之前,F拉1=
(4)滑轮组受到的向下的拉力最大等于人的重力,机械效率最大,绳重及滑轮的摩擦均可忽略不计,利用F=
解答:解:
工人的重力:
G人=m人g=70kg×10N/kg=700N,
动滑轮的重力:
G动=m动g=5kg×10N/kg=50N,
未露出水面滑轮组的机械效率:
η=
露出水面后滑轮组的机械效率:
η=
∵η1:η2=63:65,
即
将石块的密度和水的密度代入求得:
V石=0.04m3,
石块的重力:
G石=m石g=ρ石V石g=2.5×103kg/m3×10N/kg×0.04m3=1000N,
(1)地面对人的支持力:
F=G人-F拉=700N-120N=580N;
(2)石材在水中,受到水的浮力,此时人的拉力最小,地面对人的支持力最大,
石材受到的浮力:
F浮=ρ水V排g=1×103kg/m3×10N/kg×0.04m3=400N,
F拉1=
地面的支持力:
F支1=G人-F拉1=700N-
石材离开水面,此时人的拉力最大,地面对人的支持力最小,
F拉2=
地面的支持力:
F支2=G人-F拉2=700N-350N=350N;
F支1:F支2=
(3)当石材露出水面之前,F拉1=
v=3×0.2m/s=0.6m/s
人拉绳子的功率:
P=F拉1v=
(4)重物露出水面后,滑轮组受到的向下的拉力最大,为F=G人=700N,
∵绳重及滑轮的摩擦均可忽略不计,
∴F=
∴G物=3F-G动=3×700N-50N=2050N,
η=
答:(1)当人用120N的力拉绳端时,岸边地面对人的支持力为580N;
(2)在石材脱离水池底部至完全露出水面的过程中,地面对人的支持力的最大值与最小值之比为29:21;
(3)当石材露出水面之前,人拉绳子的功率为130W;
(4)此人用这个滑轮组提升重物的最大机械效率为97.6%.
点评:本题考查了重力、阿基米德原理、机械效率、功率等的计算,难点是求根据效率比求石材的重力和石材浸没时的浮力,知识点多、综合性强,要求灵活选用公式求解.
某同学用如图所示的装置做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。他先读出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺的刻度,然后在弹簧下端挂上钩码,并逐个增加钩码,分别读出指针所指刻度尺的刻度,所得数据列表如下(g取10m/s2):
| 钩码质量m/g | 0 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 |
| 刻度尺的刻度x/cm | 11.70 | 13.40 | 15.10 | 16.80 | 18.50 | 20.20 | 21.90 | 23.60 |
(1) 根据所测数据,在下面的坐标纸上画出弹簧指针所指刻度尺的刻度x与钩码质量m的关系图线。
(2)
![]()
![]()
(2)根据x-m图线可计算出,该弹簧的劲度系数为________N/m。(结果保留3位有效数字)
15.【题文】(6分)如图所示,质量为M=6kg的物体处于静止状态,细绳OB与水平方向夹角为37°,细绳OA沿水平方向。求:OA、OB两根细绳的拉力大小。(取g = 10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
某同学用如图所示的装置做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。他先读出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺的刻度,然后在弹簧下端挂上钩码,并逐个增加钩码,分别读出指针所指刻度尺的刻度,所得数据列表如下(g取10m/s2):
|
钩码质量m/g |
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
|
刻度尺的刻度x/cm |
11.70 |
13.40 |
15.10 |
16.80 |
18.50 |
20.20 |
21.90 |
23.60 |
(1) 根据所测数据,在下面的坐标纸上画出弹簧指针所指刻度尺的刻度x与钩码质量m的关系图线。
(2)
![]()
![]()
(2)根据x-m图线可计算出,该弹簧的劲度系数为________N/m。(结果保留3位有效数字)
15.【题文】(6分)如图所示,质量为M=6kg的物体处于静止状态,细绳OB与水平方向夹角为37°,细绳OA沿水平方向。求:OA、OB两根细绳的拉力大小。(取g = 10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)