如图甲所示,渗水井的排水管的管口,恰好被一块底面积S为0.2m2,厚度d为0.2m的圆柱形石块A盖严,渗水井中有深度h为0.5m的水不能排放,小明站在地面上准备通过滑

发布时间:2020-08-15 18:25:59

如图甲所示,渗水井的排水管的管口,恰好被一块底面积S为0.2m2,厚度d为0.2m的圆柱形石块A盖严,渗水井中有深度h为0.5m的水不能排放,小明站在地面上准备通过滑轮组将石块取出.当石块刚刚被水平提起,且水未排出时,小明对绳子的拉力为F1,地面对小明的支持力为N1;水被全部排出,当石块匀速上升时,小明对绳子的拉力为F2,地面对小明的支持力为N2,滑轮组的机械效率η为80%,小明拉绳的功率为P,石块上升的路程随时间变化的图象如图乙所示.已知:小明所受重力G为800N,N1:N2=1:3,g取10N/kg,不计绳的质量,不计滑轮与轴的摩擦.求:
(1)水未排出时,水对石块顶部的压力F;
(2)石块A的密度ρA;
(3)小明拉绳的功率P.

网友回答

解:
(1)∵d=0.2m,h=0.5m,
∴水对石块顶部的压强为:P=ρ水g(h-d)=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.5m-0.2m)=3000Pa,
而S=0.2m2,
∴水对石块顶部的压力F为:F=pS=3000Pa×0.2m2=600N.
(2)从图可知,有三段绳子吊着物体,
水未排出,石块刚被提起:以石块A和动滑轮的整体为研究对象,受力分析如图6甲所示;以人为研究对象,受力分析如图7甲所示.
水全部排出,石块被匀速提升:以石块A和动滑轮整体为研究对象,受力分析如图6乙所示;以人为研究对象,受力分析如图7乙所示

由图6甲、乙得:
3F1=GA+G动+F,3F2=GA+G动;
由图7甲、乙得:
N1+F'1=G,N2+F'2=G;
而绳子拉人的力等于人拉绳子的力,即F1′=F1,F2′=F2,
已知G=800N,F=600N,N1:N2=1:3,
解得:GA+G动=1500N;
又∵,
解得:GA=1200N,
则石块A的密度为:.
(3)由题中s-t图象可知:s=0.1m,t=5s,
∴石块上升的速度为:v===0.02m/s,
v绳=3v=3×0.02m/s=0.06m/s,
而,
∴小明拉绳的功率P为:P=F2v绳=500N×0.06m/s=30W.
答:
(1)水未排出时,水对石块顶部的压力F为600N.
(2)石块A的密度ρA为3×103kg/m3.
(3)小明拉绳的功率P为30W.
解析分析:(1)知道渗井水的深度h石块A的厚度d,从而可以计算出石块顶部的深度,可利用公式P=ρgh计算出水对石块顶部的压强,又知道石块A的受力面积,可利用公式F=PS计算出水对石块顶部的压力F.
(2)从图可知,有三段绳子吊着物体,首先对物体进行受力分析:
水未排出,石块刚被提起:以石块A和动滑轮的整体为研究对象,受力分析如图6甲所示;以人为研究对象,受力分析如图7甲所示.
水全部排出,石块被匀速提升:以石块A和动滑轮整体为研究对象,受力分析如图6乙所示;以人为研究对象,受力分析如图7乙所示.
根据二力平衡的条件可知,竖直向上的力和竖直向下的力相等,从而可以根据图6后和图7列出四个等式,又知道水被全部排出,当石块匀速上升时,滑轮组的机械效率,可利用公式η===计算出物体的重力,从而可利用公式ρ===计算出物体的密度.
(3)由题目中的乙图石块上升的路程随时间变化的图象,可以计算出石块上升的速度,再借助图6乙所示,可以计算出拉力为F2的大小,再利用公式P=FV计算出小明拉绳的功率.


点评:本题综合了受力分析、力的合成及密度、压强\速度的计算,计算量较大,知识点多、综合性强,属于难题,对学生要求较高.本题的关键是对物体进行受力分析.
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