工人师傅为了给立方体工件表面均匀地涂上某种油,需要用竖直向下的力F把漂浮在油面上的工件缓缓地压入油内,如图甲所示.工件的下底面与油面的距离为h,力F与h大小关系如图乙所示.小科觉得图中CB的延长线BA段是没有意义的,老师告诉他力F为负值时,表明它的方向与原来的方向相反了.问:
(1)分析CD段:随着h的增大,工件在油中所受的浮力大小将________(选填“变大“、“变小“或“不变“);C点的坐标为(600,0.5),从图象分析可知此立方体工件高________0.5m(选填“大于“、“小于“或“等于“).
(2)工件的重力是多少N?请写出理由或者解题过程.
(3)如果涂了油的工件重力变为450N,工人师傅用如图丙所示的搬运方案,将涂好油的工件运到四楼的仓库中存放.已知四楼阳台到地面的距离为10m,若搬运两个这样的工件,工人用500N的力提到四楼阳台,如果用同样搬运方案搬运四个这样的工件:工人师傅使用该装置的机械效率变化了多少?(不计摩擦及绳重,结果保留两位有效数字)
网友回答
解:
(1)工件重力不变,由图象知,在CD段,h是增大的,但压力F不变,所以浮力不变;所以该过程已浸没水中,立方体的边长等于0.5m;
(2)设工件的底面积为s,
由图象乙知,当F=0时,物体处于漂浮状态,浮力等于重力
即ρ油g0.2S=G??? ①
当F=600N时,工件受到的浮力等于重力与压力之和
即ρ油g0.5S=G+600N? ②
由①②得前后两次浮力之比为2:5
即G=600N+G
解得G=400N;?
(3)第一次提起的物重为G1=2×450N=900N,施加的拉力为F1=500N
所以机械效率为η1===90%
动滑轮重G0=2F1-G1=2×500N-900N=100N
第二次提起的物重为G2=4×450N=1800N
第二次的机械效率为η2==≈94.7%
所以机械效率增加了△η=η2-η1=94.7%-90%=4.7%
答:
(1)在CD段,工件受到的浮力不变;工件的高度为0.5m;
(2)工件的重力为400N;
(3)机械效率改变了4.7%.解析分析:(1)工件在油中受到三个力的作用:浮力、压力和重力.其中重力不变,浮力是否变化,分析图象中压力是否变化可以得出;图乙中,h≥0.5m时,力F的大小不再发生变化,也就说明了木块所受浮力不再发生变化,即没入油中.即立方体木块的棱长正好为0.5m;(2)由图乙知,当F=0时,它表示工件与油面的距离为0.2m时,工件受到的浮力等于重力;当F=600N时,它表示工件与油面的距离为0.2m时,工件受到的浮力等于重力与压力之和;(3)由图丙知,承担物重的绳子股数为2,已知第一次施加的拉力和提起的物重,不计绳重和摩擦时,此时的机械效率用η=计算;动滑轮的重力利用G0=2F1-G1得出;已知第二次提起的物重和动滑轮重,此时的机械效率用η=得出;两次机械效率之差就是变化的部分.点评:在不计绳重和摩擦,利用滑轮组提升物体时,动滑轮重一定,所以额外功一定;物重不同,有用功不同,所以机械效率不同:物重越大,机械效率越大.