【答案】
分析:(1)根據(jù)F
彈-h圖象分析得出h=0時(shí)和h=20cm時(shí),彈簧拉力的大小,結(jié)合物體的受力分析,根據(jù)受力平衡即可求出浮力,然后根據(jù)阿基米德原理求體積.
(2)對(duì)A、B的上表面剛到達(dá)水面的狀態(tài)和下表面剛離開(kāi)水面的狀態(tài),進(jìn)行受力分析,得出關(guān)于拉力的表達(dá)式,然后根據(jù)機(jī)械效率的公式列出等式解之即可.
(3)根據(jù)滑輪組的繩子股數(shù)和η-t圖象t
1=4s到t
2=7s是A、B出水的上升的距離求出繩的速度和拉力.利用公式P=Fv求功率.
解答:解:(1)A在彈簧上平衡時(shí)受力分析如答圖1甲,則 G
A=F
彈,
由F
彈-h圖象知上升高度h=0時(shí),F(xiàn)
彈=200N,
∴G
A=200N.
當(dāng)A上升了20cm后不再升高,說(shuō)明此時(shí)A全部浸沒(méi)在水中,受力分析如答圖2乙,
此時(shí)有F
浮=G
A+F
彈′,
由圖象知上升高度h=20cm時(shí),F(xiàn)
彈′=200N,
F
浮=200N+200N=400N,
根據(jù)阿基米德原理得:
V
A=
=
=4×10
-2m
3;
(2)由η-t圖象可知t
1=4s時(shí),η
1=40%,對(duì)應(yīng)B的上表面剛到達(dá)水面的狀態(tài),
A、B的受力分析如答圖2,繩的拉力T
1、G
A、G
B、2F
浮,
則T
1+2F
浮=G
A+G
B,
∴T
1=G
A+G
B-2F
浮=200N+G
B-2×400N=G
B-600N,
在不計(jì)繩重,滑輪軸處的摩擦和水的阻力時(shí),
η
1=
,即:40%=
----------①
由η-t圖象可知t
2=7s時(shí),η
2=80%,對(duì)應(yīng)A的下表面剛離開(kāi)水面的狀態(tài),
A、B的受力分析如圖3,繩的拉力T
2、G
A、G
B,
則T
2=G
A+G
B,
∴T
2=G
A+G
B=200N+G
B,
η
2=
,即:80%=
------------②
①②聯(lián)立解得G
B=760N,G
輪=240N.
(3)滑輪組的繩子股數(shù)為4股,由η-t圖象可知t
1=4s到t
2=7s是A、B出水的過(guò)程,這段時(shí)間內(nèi)上升的距離為2L,
所以人拉繩的速度v=
=
=0.8m/s.
出水前人的拉力F=
=
=100N.
功率P=Fv=100N×0.8m/s=80W.
答:(1)鐵盒A的體積為4×10
-2m
3.
(2)動(dòng)滑輪的總重為240N.
(3)假設(shè)人拉繩的速度保持恒定,求A、B出水前人的拉力F的功率為80W.
點(diǎn)評(píng):本題考查浮力和滑輪組的機(jī)械效率,是一道綜合性較強(qiáng)的計(jì)算題,關(guān)鍵是分清物體的受力情況,知道在不計(jì)繩重,摩擦和水的阻力時(shí),η=
.