工人用如图所示的机械提升水中实心物体A和B,物体A、B密度均为7×103kg/m3,物体A的质量是70kg,物体B的体积为物体A的2倍.杠杆COD可以在竖直平面内自由

发布时间:2020-08-09 09:00:23

工人用如图所示的机械提升水中实心物体A和B,物体A、B密度均为7×103kg/m3,物体A的质量是70kg,物体B的体积为物体A的2倍.杠杆COD可以在竖直平面内自由转动,OC:OD=3:2.工人的质量是70kg,当物体A在水中被匀速提升时,天花板受到向下的拉力为F1,地面对工人的支持力为N1;当物体B在水中被匀速提升时,天花板受到向下的拉力为F2;F1:F2=3:5.不计绳重、滑轮与轴的摩擦、杠杆的重力以及水的阻力,每个滑轮的质量均相等.(g取10N/kg)求:
(1)当物体B在水中被匀速提升时,物体B受到的浮力;
(2)当物体?A在水中被匀速提升时,地面对工人的支持力N1;
(3)当物体B在水中被匀速提升时,滑轮组的机械效率.

网友回答

解:(1)VB=2VA=2=2=20×10-3m3,
F浮B=ρ水gVB=1.0×103kg/m3×10N/kg×20×10-3m3=200N,
(2)物体A的受力情况如图甲:
GA=mAg=70kg×10N/kg=700N,
F浮A=ρ水gVA
=1.0×103kg/m3×10N/kg×10×10-3m3
=100N,
FA=GA-F浮A=700N-100N=600N,
杠杆的受力情况如图乙,FA′与FA相等,
∵FD1×OD=FA′×OC,
∴FD1=×FA′=×600N=900N,
动滑轮的受力情况如图丙,FD1′与FD1相等,
T1=(2G轮+FD1′)=G轮+225N,
定滑轮的受力情况如图丁,T1′与T1相等,
F′1=2G轮+5T1′
=2G轮+2.5G轮+1125N
=4.5G轮+1125N
物体B的受力情况如图A:
GB=mBg=70kg×2×10N/kg=1400N,
FB=ρg2VA
=7.0×103kg/m3×10N/kg×2×10×10-3m3=1400N,
FB=GB-F浮B=1400N-200N=1200N,
杠杆的受力情况如图B,FB′与FB相等,
FD2=×FB′=×1200N=1800N,
动滑轮的受力情况如图C,FD2′与FD2相等,
T1=(2G轮+FD2′)=G轮+450N,
定滑轮的受力情况如图D,T2′与T2相等,
F′2=2G轮+5T2′=2G轮+2.5G轮+2250N=4.5G轮+2250N,
由于,F1′与F1相等,F2′与F2相等
==,
解得:
G轮=125N;
代入:
T1=(2G轮+FD1′)=G轮+225N=×125N+225N=287.5N,
人的受力分析如图戊,T1″与T1′、T1相等
N1=G人-T1″=m人g-T1″=70kg×10N/kg-287.5N=412.5N,
(3)η==≈87.8%.
答:(1)当物体B在水中被匀速提升时,物体B受到的浮力为200N;
(2)当物体?A在水中被匀速提升时,地面对工人的支持力为412.5N;
(3)当物体B在水中被匀速提升时,滑轮组的机械效率为87.8%.
解析分析:(1)求出物体B的体积,浸没水中排开水的体积,利用阿基米德原理求物体B受到的浮力;
(2)求出A的重力和在水中受到的浮力,可求杠杆C端受到的拉力,根据杠杆平衡条件可求杠杆D端受到的拉力;再利用滑轮组的特点求出天花板受到向下的拉力;同理求出提升物体B时,天花板受到向下的拉力;根据=求出动滑轮重,进而求出地面对工人的支持力;
(3)利用效率公式η=求当物体B在水中被匀速提升时,滑轮组的机械效率.

点评:本题为力学综合题,考查了学生对重力公式、阿基米德原理、效率公式、杠杆平衡条件的掌握和运用,做好受力分析图、利用好杠杆平衡条件是本题的关键.
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