如图,一重为G、密度为ρ的金属块A沉在水中的斜坡上,在沿斜坡向上的拉力F作用下,物块A以v的速度沿斜坡匀速上升,斜坡的倾角为θ,斜面效率为η,若不计水的阻力,求拉力F的功率和物块A受到的摩擦力?(水的密度为ρ0)
网友回答
解:(1)根据G=mg可得,金属块的质量:
m=,
根据ρ=可得,金属块的体积:
V==,
受到的浮力:
F浮=ρ0gV排=ρ0g×=;
斜面效率为η,则不用斜面做功与用斜面做功的比值为η,
不用斜面做功:
W有=Fh=(G-F浮)h=(G-)h=,
用斜面做功W总=F拉s,斜坡倾角为θ,则sinθ=,
∵η=×100%=×100%,
∴F拉==×=sinθ,
在沿坡向上的拉力F作用下,物块A以v的速度沿斜坡匀速向上升所以拉力功率:
P=F拉v=sinθ×v=;
(2)克服摩擦力做的额外功:
W额=W总-W有,
即fs=Fs-,
∴物块A受到的摩擦力
f=F-=F-.
答:拉力F的功率为;物块A受到的摩擦力为F-.
解析分析:(1)先根据重力公式求出金属块的质量,根据密度公式求出其体积即为排开水的体积,根据阿基米德原理求出受到的浮力;根据斜面的机械效率可知,不用斜面做功与用斜面做功的比值,根据W=Gh求出不用斜面做功;根据三角函数得出h和s的关系,利用斜面的效率公式η=×100%即可求出拉力F的,根据P=Fv即可求出拉力F的功率.
(2)摩擦力做的功等于拉力做的功减去有用功,根据W=Fs表示出它们之间的关系结合三角函数关系即可求出物块A受到的摩擦力.
点评:本题考查了功、功率、浮力、摩擦力的计算,根据效率公式得出拉力的大小和分清有用功、额外功、总功是解决本题的关键.