34能量轉(zhuǎn)換的量度(第3課時(shí))(精選練習(xí))(解析版)-資料下載頁(yè)
2025-04-05 05:22本頁(yè)面
【正文】 F＝625N的拉力時(shí)，物體B恰好以速度v被勻速提升，已知此時(shí)拉力F功率為500W，滑輪組機(jī)械效率為80%，不計(jì)各種摩擦和繩子質(zhì)量，物體B的速度v為多少？ 【答案】（1）對(duì)A，由力的平衡條件可得，F(xiàn)A＋NA＝GA，即1500N＋NA＝GA……① 已知兩物體重力GA＝，且NA＝2NB，所以①式可寫(xiě)為1500N＋2NB＝……②對(duì)B，由力的平衡條件可得，F(xiàn)B＋NB＝GB，即1000N＋NB＝GB……③②－③得，500N＋NB＝……④③－④得，500N＝，GB＝2000N，則NB＝1000N，GA＝3500N，NA＝2000N。（2）已知繩子自由端的拉力F＝625N，η＝80%，物體B重為2000N，設(shè)承擔(dān)物重的繩子段數(shù)為n，則η＝ W有用W總 ＝ GhFs ＝ GFn ＝ 2000Nn625N ＝80%，n＝4。 又因?yàn)槔做功的功率P＝500W，由P＝ Wt ＝ Fst ＝Fv得，繩子自由端運(yùn)動(dòng)的速度v繩＝ PF ＝ 500W625N ＝，則物體B勻速上升的速度v＝ 14 v繩＝ 14 ＝。【解析】（1）對(duì)物體A進(jìn)行受力分析，根據(jù)二力平衡的知識(shí)得到繩子的拉力FA、地面的支持力NA和重力GA的關(guān)系式；同理，對(duì)物體B進(jìn)行受力分析，得到FB、地面的支持力NB和重力GB的關(guān)系式。將這兩個(gè)關(guān)系式與兩個(gè)物體重力之間的關(guān)系，支持力之間的關(guān)系式聯(lián)立計(jì)算即可；（2）當(dāng)物體B勻速上升時(shí)，可根據(jù)公式η＝W有用W總=GhFs=GnF計(jì)算出動(dòng)滑輪上承擔(dān)重力的繩子段數(shù)n。接下來(lái)根據(jù)公式P=Fv繩計(jì)算出繩子自由端的移動(dòng)速度，最后根據(jù)v繩=nv計(jì)算物體B上升的速度。 ，不計(jì)繩重和摩擦，繩對(duì)滑輪的拉力方向均為豎直方向。用該滑輪組提升放置在水平地面上重為G＝80N的重物到高處。用豎直向下的拉力拉繩的自由端，拉力F隨時(shí)間t變化的圖像如圖乙所示，重物上升的速度v隨時(shí)間變化的圖像如圖丙所示。已知在2～4s內(nèi)重物上升的豎直高度為2m，求： （1）在4～6s內(nèi)，重物克服重力做功的功率。 （2）在2～4s內(nèi)，繩自由端下降的平均速度。 （3）在0～2s內(nèi)，重物對(duì)地面的壓力大小。 【答案】（1）由圖丙可知，在4～6s內(nèi)，重物做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，其速度v3＝，由P=Fv得，重物克服重力做功的功率P＝Gv3＝80N＝160W。（2）由圖甲可知，連接動(dòng)滑輪繩子的股數(shù)n＝2，已知在2～4s內(nèi)重物上升的豎直高度為2m，則繩子自由端移動(dòng)的距離s＝nh＝22m＝4m，所用的時(shí)間t＝4s－2s＝2s，則在2～4s內(nèi)，繩自由端下降的平均速度v＝ st ＝ 4m2s ＝2m/s。（3）由圖丙可知，物體在4～6s內(nèi)做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，由圖乙可知此時(shí)的拉力F3＝50N，因?yàn)椴挥?jì)繩重和摩擦，則由F＝ 1n (G＋G動(dòng))得，動(dòng)滑輪的重力G動(dòng)＝nF3－G＝250N－80N＝20N， 在0～2s內(nèi)，由圖乙可知此時(shí)的拉力F1＝30N，把動(dòng)滑輪和重物看成整體，則這個(gè)整體受到向下的總重力、向上的支持力以及2股繩子向上的拉力而處于靜止?fàn)顟B(tài)，由力的平衡條件得，F(xiàn)支＋2F1＝G＋G動(dòng)，則地面對(duì)物體的支持力F支＝G動(dòng)＋G－2F1＝20N＋80N－230N＝40N，根據(jù)力的作用是相互的可知，此過(guò)程中重物對(duì)地面的壓力F壓＝F支＝40N。【解析】（1）首先根據(jù)丙圖確定4~6s內(nèi)重物上升的速度v3，然后根據(jù)功率公式P=Fv3=Gv3計(jì)算克服重力做功的功率； （2）根據(jù)甲圖確定承擔(dān)重力的繩子段數(shù)n，然后根據(jù)s=nh計(jì)算2~4s內(nèi)繩子自由端下降的距離，最后根據(jù)速度公式t=sv計(jì)算自由端下降的速度即可； （3）由圖丙可知，物體在4～6s內(nèi)做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)乙圖確定這段時(shí)間內(nèi)的拉力，然后根據(jù)F＝1n(G＋G動(dòng))計(jì)算出動(dòng)滑輪的重力。根據(jù)乙圖確定0~2s內(nèi)繩子上的拉力F1，將動(dòng)滑輪和物體看做一個(gè)整體進(jìn)行受力分析，它們受到向下的總重力、向上的支持力以及2股繩子向上的拉力而處于靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)二力平衡的知識(shí)列出關(guān)系式計(jì)算得到地面對(duì)重物的支持力，最后根據(jù)相互作用力原理計(jì)算出重物對(duì)地面的壓力。11.（2020吳興模擬）如圖所示，浸沒(méi)在水中一定深度的物體A，質(zhì)量為30kg，體積為10dm3；現(xiàn)用動(dòng)滑輪緩慢勻速提升；若不計(jì)摩擦、繩重和動(dòng)滑輪重。計(jì)算： （1）浸沒(méi)在水中一定深度的物體A所受浮力是多少？ （2）若將物體A從圖示位置緩慢勻速提升1m，此過(guò)程中物體A未露出水面，拉力F做的功是多少？ （3）若將物體A從圖示位置緩慢勻速提升出水面一定高度，在答題紙的坐標(biāo)圖中大致作出，此過(guò)程中拉力F與上升高度h的變化關(guān)系圖像。（不需要標(biāo)注相關(guān)數(shù)據(jù)） 【答案】（1）F浮=ρ水gV排=103kg/m310N/kg10103m3=100N（2）G=mg=30kg10N/kg=300N F=1/2(GF浮)=1/2(300N100N)=100Ns=2h=21m=2mW=Fs=100N2m=200J（3）【解析】（1）當(dāng)物體浸沒(méi)在水中時(shí)，根據(jù)阿基米德原理 F浮=ρ水gV排計(jì)算物體受到的浮力； （2）首先根據(jù)G=mg計(jì)算出物體的重力，然后根據(jù)F拉=GF浮計(jì)算出動(dòng)滑輪對(duì)物體的拉力，接下來(lái)根據(jù)F=1nF拉計(jì)算出自由端的拉力；根據(jù)s=nh計(jì)算出自由端移動(dòng)的距離，最后根據(jù)公式 W=Fs 計(jì)算拉力F做的功； （3）首先根據(jù)阿基米德原理分析浮力的變化趨勢(shì)，然后推導(dǎo)出自由端的拉力與浮力的關(guān)系，并判斷自由端拉力F的變化趨勢(shì)。 【解答】（1） 浸沒(méi)在水中一定深度的物體A所受浮力： F浮=ρ水gV排=103kg/m310N/kg10103m3=100N ； （2）物體的重力為：G=mg=30kg10N/kg=300N；自由端的拉力：F=12(GF浮)=12(300N100N)=100N；自由端移動(dòng)的距離：s=2h=21m=2m；自由端拉力做的功：W=Fs=100N2m=200J。 （3）當(dāng)物體的上表面出水前，物體排開(kāi)水的體積不變，根據(jù) F浮=ρ水gV排可知，浮力不變；當(dāng)物體的上表面出水后到下表面出水前，物體排開(kāi)水的體積變小，根據(jù) F浮=ρ水gV排可知，浮力變??；當(dāng)物體完全出水后，受到的浮力為零保持不變。根據(jù)公式F=12(GF浮)可知，自由端的拉力與浮力的變化趨勢(shì)相反，即先保持不變，在逐漸增大，最后保持不變，如下圖所示： 22
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