如图所示,是使用汽车打捞水下重物的示意图。汽车通过滑轮组打捞水下一个圆柱形重物,在整个打捞过程中,汽车以0.3m/s的速度向右水平匀速运动。重物在水面下被提升的过程共
◎ 题目
如图所示,是使用汽车打捞水下重物的示意图。汽车通过滑轮组打捞水下一个圆柱形重物,在整个打捞过程中,汽车以0.3m/s的速度向右水平匀速运动。重物在水面下被提升的过程共用时50s,汽车拉动绳子的功率P1为480W。重物开始露出水面到完全被打捞出水的过程共用时10s,此过程中汽车拉动绳子的功率逐渐变大,当重物完全被打捞出水后,汽车的功率P2比P1增加了120W,且滑轮组机械效率为80%。忽略水的阻力、绳重和滑轮的摩擦,g取10N/kg。求: (1)重物浸没在水中所受浮力; (2)打捞前重物上表面受到水的压力; (3)被打捞重物的密度 |
◎ 答案
(1)重物浸没在水中所受浮力1200N; (2)打捞前重物上表面受到水的压力6×103N; (3)被打捞重物的密度4×103kg/m3. |
◎ 解析
试题分析:(1)由汽车拉动绳子的功率和速度,根据汽车拉绳子的拉力,根据绳子的段数,分别求出重物浸没在水中和完全露出水面时,滑轮组拉动重物的力. 重物浸没在水中和完全露出水面进行受力分析,根据平衡条件列出等式,求出浮力大小. (2)①知道浮力、水的密度、根据阿基米德原理,求出重物排开水的体积,即重物的体积. ②重物有三段绳子承担,重物移动的速度是绳子自由端移动速度的三分之一. 重物露出水面过程:知道绳子自由端的时间和速度,求出绳子自由端移动的距离,求出重物出水移动的距离,即重物的高度. 重物在水中浸没过程:知道绳子自由端的时间和速度,求出绳子自由端移动的距离,求出重物从开始移动,到重物刚出水面的时,重物移动的距离,即重物在水中的深度. ③知道重物体积和重物的高度,求出圆柱体重物的横截面积,即受力面积. ④知道深度、水的密度,根据压强公式求出水对重物上表面的压强.根据F=pS,求出压力. (3)根据3F拉2=G物+G轮求出重物和动滑轮的总重,知道机械效率,根据η=,求出重物的重. 根据G=ρVg求出物体的密度. 解:以动滑轮和重物为研究对象,物体出水前后受力情况如图所示 (1) 3F拉1+F浮=G物+G轮 ① 3F拉2=G物+G轮 ② (受力分析图和两个力的平衡方程) F拉1=1600N ③ F拉2==2000N ④ 由①、②、③、④式得 F浮=3(F拉2-F拉1) =3×(2000N-1600N) =1200N (2) V排=V物==0.12m3 重物在水中上升高度h1=s1=vt1=×0.3m/s×50s=5m 重物的高度h2=s2=vt2=×0.3m/s×10s=1m 重物的横截面积S===0.12m2 打捞前重物上表面受水的压力 F压=p水S=r水gh1S=1×103kg/m3×10N/kg×5m×0.12m2=6×103N (3) 从②式得:G物+G轮=3F拉2=3×2000N=6000 N h= G物=h(G物+G轮) =0.8×6000 N=4800 N r物==4×103kg/m3 点评:本题是力学计算的压轴题,几乎包括了力学的各种计算.本题包括力的分析、平衡力、浮力、绳子的段数、功率、压力、液体压强、体积、速度、密度、重力、机械效率等,综合性很强,难度很大 |
◎ 知识点
专家分析,试题“如图所示,是使用汽车打捞水下重物的示意图。汽车通过滑轮组打捞水下一个圆柱形重物,在整个打捞过程中,汽车以0.3m/s的速度向右水平匀速运动。重物在水面下被提升的过程共…”主要考查了你对 【力的合成与应用】 等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。
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