5.工人用如圖所示的滑輪組勻速打撈沉在水中體積是3×10-2m3的鋁塊.在勻速打撈過程中,被打撈的鋁塊露出水面前與完全出水后工人對繩的拉力之比為2:3,不計(jì)摩擦、繩重及水的阻力,已知鋁的密度為2.7×103kg/m3,g取10N/kg.求:
(1)鋁塊浸沒在水中時(shí)所受的浮力;
(2)鋁塊完全出水后,滑輪組的機(jī)械效率;
(3)鋁塊完全出水后,以0.2m/s的速度被勻速提升時(shí),工人拉繩的功率.

分析 (1)根據(jù)F=ρgV計(jì)算工件浸沒在水中時(shí)所受的浮力;
(2)已知鋁塊的體積和密度,可求得其質(zhì)量,然后可求得其重力,由圖可知,繞過動(dòng)滑輪的繩子是2股,這2股繩子承擔(dān)的是鋁塊對繩子的拉力和動(dòng)滑輪的重力之和,所以繩子對工人的拉力就是鋁塊對繩子的拉力與動(dòng)滑輪重力之和的$\frac{1}{2}$.
當(dāng)工件浸沒在水中時(shí),工件對繩子的拉力等于工件的重力減去工件所受的浮力,所以此時(shí)工人對繩子的拉力即繩子對工人的拉力F=$\frac{1}{2}$[(G-F)+G動(dòng)],
當(dāng)工件被拉出水面以后,工件對繩子的拉力等于工件的重力,所以此時(shí)工人對繩子的拉力即繩子對工人的拉力F′=$\frac{1}{2}$(G+G動(dòng)),
由此可求動(dòng)滑輪的重力,這樣我們就可以利用公式η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{有用}+{W}_{額}}$=$\frac{Gh}{Gh+{G}_{動(dòng)}h}$=$\frac{G}{G+{G}_{動(dòng)}}$,算出工件完全打撈出水面后滑輪組的機(jī)械效率了.
(3)要算工人拉繩的功率,我們可以根據(jù)功率公式P=$\frac{W}{t}$的推導(dǎo)式P=Fv進(jìn)行分析計(jì)算:工人對繩子的拉力F′=$\frac{1}{2}$(G+G動(dòng)),繩子移動(dòng)的速度可根據(jù)V=2V的關(guān)系算出,于是就可以算出工人拉繩的功率了.

解答 解:(1)鋁塊浸沒在水中時(shí),V=V=3×10-2m3,
所受的浮力:FgV=1.0×103kg/m3×10N/kg×3×10-2m3=300N;
(2)由ρ=$\frac{m}{V}$可得,鋁塊的質(zhì)量m=ρV=2.7×103kg/m3×3×10-2m3=81N,
G=mg=81N×10N/kg=810N,
當(dāng)鋁塊完全完全浸沒在水中時(shí),鋁塊對繩子的拉力等于工件的重力減去鋁塊所受的浮力,所以此時(shí)工人對繩子的拉力即繩子對工人的拉力F=$\frac{1}{2}$[(G鋁塊-F)+G動(dòng)]-----①,
當(dāng)鋁塊被拉出水面以后,鋁塊對繩子的拉力等于工件的重力,
所以此時(shí)工人對繩子的拉力即繩子對工人的拉力F′=$\frac{1}{2}$(G鋁塊+G動(dòng))----②,
已知出水面前與完全出水后工人對繩的拉力之比為2:3,由①÷②可得
$\frac{{(G}_{鋁塊}-{F}_{浮})+{G}_{動(dòng)}}{{G}_{鋁塊}+{G}_{動(dòng)}}$=$\frac{2}{3}$,
解得G動(dòng)=90N,
鋁塊完全出水后,滑輪組的機(jī)械效率;
η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{有用}+{W}_{額}}$×100%=$\frac{Gh}{Gh+{G}_{動(dòng)}h}$×100%=$\frac{G}{G+{G}_{動(dòng)}}$×100%=$\frac{810N}{810N+90N}$×100%=90%;
(3)鋁塊完全出水后,工人對繩子的拉力:F′=$\frac{1}{2}$(G鋁塊+G動(dòng))=$\frac{1}{2}$(810N+900N)=450N,
工人拉繩子的速度:v=2v=2×0.2m/s=0.4m/s,
所以工人拉繩子的功率:P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=F′v=450N×0.4m/s=180W.
答:(1)鋁塊浸沒在水中時(shí)所受的浮力為300N;
(2)鋁塊完全出水后,滑輪組的機(jī)械效率為90%;
(3)工人拉繩的功率為180W.

點(diǎn)評 本題的綜合性很強(qiáng),難度很大,所涉及的知識面比較廣:有重力、壓力、拉力、浮力等,還有滑輪組及其機(jī)械效率,功率的計(jì)算.解答本題的關(guān)鍵是要理清題意,要學(xué)會(huì)對物體進(jìn)行受力分析.像解答這類題時(shí),一定要沉著應(yīng)對,切不可急于求成.

練習(xí)冊系列答案
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15.某興趣小組在探究“影響物體重力大小的因素”和“判斷重力方向”實(shí)驗(yàn)中,進(jìn)行了如下的實(shí)驗(yàn)探究:
(1)在探究物體所受重力大小與物體質(zhì)量關(guān)系時(shí),實(shí)驗(yàn)記錄如下表:
實(shí)測物體物體質(zhì)量m(kg)重力G(N)G與m的比值(N/kg)
物體10.10.989.8
物體20.21.969.8
物體30.32.949.8
①在探究過程中,需要的測量工具有天平、彈簧測力計(jì).
②分析表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得出的結(jié)論是:物體受到的重力與其質(zhì)量成正比.
(2)該組同學(xué)在探究重力方向時(shí),實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,操作如下. 
①將該裝置放在水平桌面上后,逐漸改變木板M與桌面的夾角α,會(huì)觀察到懸線OA的方向不變(變化/不變);剪斷懸線OA,小球豎直(豎直/垂直)下落.
②從以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析得到:重力的方向總是豎直向下.

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16.如圖所示彈簧測力計(jì)的量程是0~5N,分度值是0.2N,它的讀數(shù)是3.6N.

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13.下列說法中正確的是( 。
A.只有鏡面反射才遵守光的反射定律
B.光的色散現(xiàn)象說明白光是由色光組成的
C.光是一種電磁波,它的傳播速度是3×108米/秒
D.近視眼的同學(xué)應(yīng)配戴凸透鏡

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物質(zhì)次數(shù)質(zhì)量m/kg升高溫度△t/℃加熱時(shí)間t/min
10.1102
20.2104
30.3106
煤油40.1101
50.2102
根據(jù)實(shí)驗(yàn)回答下列問題:
(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)使用相同的電加熱器加熱水和煤油,目的是使水和煤油在相等時(shí)間里吸收熱量相等;
(2)分析第1、2、3次實(shí)驗(yàn),所探究的問題的控制變量是升高的溫度和比熱容;
(3)通過比較1、4次或2、5次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出物質(zhì)吸熱多少與物質(zhì)種類有關(guān).

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10.一個(gè)溢水杯中裝滿水,將一個(gè)邊長為4cm的正方體木塊輕輕放入溢水杯中,木塊漂浮在水中靜止時(shí),從溢水杯中溢出水的體積為34cm3.則木塊露出水面體積的大小和木塊受到的浮力大小分別是(g取10N/kg)( 。
A.34cm3,0.60NB.30cm3,0.30NC.30cm3,0.34ND.34cm3,0.34N

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17.(1)圖1中,木塊的長度為2.65cm.
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①實(shí)驗(yàn)中應(yīng)量取質(zhì)量相等的甲、乙兩種液體,分別倒入相同的燒杯中,用相同的電加熱器加熱.當(dāng)它們吸收相同熱量時(shí),通過比較升高的溫度來判斷吸熱能力的強(qiáng)弱.
②通過實(shí)驗(yàn),記錄數(shù)據(jù)如表格所示.從開始加熱到42℃,甲、乙兩種液體吸收熱量的關(guān)系為Q小于Q
③分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知甲物質(zhì)的吸熱能力強(qiáng).
加熱時(shí)間/min01234
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14.冬天,汽車玻璃上很容易結(jié)霜,霜的形成是(  )
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15.如圖甲所示,臺(tái)秤上放置一個(gè)裝有適量水的薄壁燒杯,杯的底面積為100cm2.如圖乙所示,將一個(gè)長方體實(shí)心物體A用彈簧秤吊著,然后將其一半浸入燒杯的水中,杯內(nèi)水沒有溢出,此時(shí)彈簧秤的示數(shù)為4.5N,臺(tái)秤的示數(shù)為750g,燒杯中液面上升了1.5cm.(g取10N/kg)求:
(1)物體A所受的浮力;
(2)物體A的密度;
(3)物體放入燒杯之前,燒杯對臺(tái)秤的壓強(qiáng).

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同步練習(xí)冊答案