初中物理力学综合计算题 (有答案)
更新时间:2023-05-25 03:48:01 阅读量: 实用文档 文档下载
浮力、简单机械、压强、功率综合题
1、图31是某建筑工地利用滑轮组和卷扬机提起重物的示意图。当以速度v1匀速提起质量为m1的建筑材料时,滑轮组的机械效率为η1,卷扬机拉力的功率为P1;当以速度v2匀速提起质量为m2的建筑材料时,滑轮组的机械效率为η2,卷扬机拉力的功率为P2。若η2-η1=5%,P1: P2=2:3,m1=90kg,动滑轮受到的重力G动=100N。滑轮与轴的摩擦、细绳受到的重力忽略不计,g=10N/kg。求:
(1)提起质量为m1的建筑材料时卷扬机对绳的拉力F1;
(2)两次工作过程中,建筑材料上升的速度v1与v2之比。
图31
2.在生产玻璃过程中,常用位于天车上的卷扬机(其内部有电动机提供动力)通过滑轮组和真空吸盘提升玻璃,如图22甲所示。当卷扬机通过滑轮组提升质量为60kg 的玻璃并使玻璃以速度v1匀速上升时,卷扬机对滑轮组绳端的拉力为F1,天车对卷扬机的支持力为N1,拉力为F1的功率为P,滑轮组的机械效率为η;当卷扬机通过滑轮组提升质量为80kg的玻璃并使玻璃以速度v2匀速上升时,卷扬机对滑轮组绳端的拉力为F2,天车对卷扬机的支持力为N2。已知拉力F1所做功随时间变化的图像如图22乙所示,卷扬机的质量为120 kg,滑轮A、B的质量均为4kg,3v1=5v2,η=75%,吸盘和绳的质量及滑轮与轴的摩擦均可忽略不计,g取10N/kg。求:
(1)P的大小; (2)v2的大小;
(3)N1与N2的比值。
甲 乙
图22
浮力、简单机械、压强、功率综合题
解:(1)由题中W-t图像解得P=
(2)根据η =
W960J
=480W …………………(2分) t2s
W有W总
P有P
m1gv1600N v1 75%………………………(1分) P480W
解得:v1 =0.6m/s 已知:3v1=5v2
解得:v2=0.36m/s……………………………………………………………(1分)
(3)设动滑轮C所受重力为G0,卷扬机提升60kg玻璃时,滑轮组的机械效率为η=75% 所以有 η =
W有W总
m1g
代入数据解得G0=80 N ………(1分) 75%,
m1g G0 3mBg
第一次提升60kg玻璃的过程中,玻璃、动滑轮C受力分析如答图5(1)所示,动滑轮B受力分析如答图5(2)所示,卷扬机受力分析如答图5(3)所示。
第二次提升80kg玻璃的过程中,玻璃、动滑轮C受力分析如答图5(4)所示,动滑轮B受力分析如答图5(5)所示,卷扬机受力分析如答图5(6)所示。
由答图5(1)的受力分析可知T1=因T′1= T1,由答图5(2)可得F1=
0 1g (1)
Bg 1(2)
1′ (3)
答图5
2g (4)
Bg 2(5)
2′ (6)
T1
F1
1
T2
F2
2
11680(m1g+G0)= (600N+80N)=N, 33311680400(T′1+mBg)= (N +40N)=N, 2233
4004000
N+1200N=N………………(1
33
因F′1= F1,由答图5(3)可得N1=F′1+mg=分)
同理,由答图5(4)可得T2=
11880
(m2g +G0)= (800N+80N)=N, 333
11880500
(T′2+mBg)= (N +40N)=N, 2233
5004100
N+1200N=N
33
因T′2= T2,由答图5(5)可得F2=
因F′2= F2,由答图5(6)可得N2=F′2+ mg =
浮力、简单机械、压强、功率综合题
所以
N40=……………………………………………………………(1分)N241
(其他解法正确均得分)
3.工人利用如图25所示的装置,在河边打捞水中的物体M。打捞过程中物体M在水中匀
速上升的速度为0.2m/s,此时工人做功的功率为360W;当物体被打捞出水面后,工人对绳子施加最大的拉力,恰好能使物体继续匀速上升。已知:工人的质量为70kg,物体M的密度为2.5×103kg/m3。不计绳重、轴摩擦及水对物体的阻力,g取10N/kg。求: (1)物体M的重力GM; (2)动滑轮的重力G动;
(3)物体离开水面后,滑轮组的机械效率η。
(结果请保留两位有效数字)
(1)物体M在水中,人对绳的拉力
FT=
P360WP===450N ………………1分 4vMv4 0.2m/s
对物体M和动滑轮进行受力分析:
物体M在水中匀速上升时,如图6甲所示。 物体M全部露出水面匀速上升时,如图6乙所示。 GM+G动=F浮+4FT ① GM+G动=4Fmax ② Fmax=G人=m人g ③
两个受力分析图或三个方程………………1分
由①②③式解得:
=GM+G动 甲
图6
=GM+G动 乙
浮力、简单机械、压强、功率综合题
F浮=4m人g-4FT=4×70kg×10N/kg-4×450N=1000N ………………1分 F浮= 水gVM 物体M的体积:VM=
F浮
水g
=
1000N3
=0.1m ………………1分
1 103kg/m3 10N/kg
物体M受到的重力:
GM= MgVM=2.5×103kg/m3×10N/kg×0.1m3=2500N ………………1分
(2)由②③式得:
动滑轮受到的重力
G动=4Fmax-GM=4m人g-GM=2800N-2500N=300N ………………1分 (3)物体M出水后,滑轮组的机械效率:
η=
W有W总
=
GM2500N
==89% ………………1分
GM G动2500N 300N
说明:解题过程中缺少必要的文字说明的扣1分;计算过程中缺少单位的扣1分。
4、图26是某科研小组设计的在岸边打捞水中物品的装置示意图。该装置由悬挂机构和
提升装置两部分组成。悬挂机构由固定杆OD和杠杆BC构成,O为杠杆BC的支点,CO:OB=4:1。配重E通过绳子竖直拉着杠杆B端,其质量mE=500kg。安装在杠杆C端的提升装置由支架、电动机Q、定滑轮K及动滑轮M构成。其中支架和电动机Q的总质量mQ=12kg,定滑轮K和动滑轮M的质量均为m0。可利用遥控电动机拉动绳子,通过滑轮组提升浸没在水中的物品。在一次打捞一批实心金属材料过程中,金属材料浸没在水中匀速竖直上升,此时电动机Q牵引绳子的功率为P1,绳子H端的拉力为F1,金属材料上升速度大小为v1,地面对配重E的支持力为N1,滑轮组的机械效率为η1;在金属材料全部露出水面后匀速竖直上升的过程中,绳子H端的拉力为F2,地面对配重E的支持力为N2,滑轮组的机械效率为η2。已知F1=200N,v1=0.2m/s,η2=95%,N1:N2=6:1,绳和杠杆的质量、捆绑金属材料的钢丝绳的质量和体积、滑轮与轴及杠杆支点处的摩擦、水对金属材料的阻力均可忽略不计,g取10N/kg。求:
(1)金属材料浸没在水中匀速上升时电动机牵引绳的功率P1; (2)动滑轮M的质量m0; (3)被打捞金属材料的密度ρ金。
浮力、简单机械、压强、功率综合题
解:(1)金属材料浸没在水中匀速上升时,电动机牵引绳子的功率为 P1=F1×3v1=200N×3×0.2m/s=120W (2分)
(2)金属材料浸没在水中匀速上升时,以支架、电动机Q、定滑轮K为研究对象,受力分析图如图5所示,配重E的受力分析图如图6所示,杠杆上C点、B点受力分析图如图7所示。(说明:受力分析图正确得1分)
1=FC1 ,FB 1=FB1 , FC1·CO= FB1 ·OB FC 1=3F1+ GQ+G0 FC
FB1=
+G0 1 图5
Fg 图6
图7
FB1
CO
FC1 4(3F1+ GQ+G0) OB
G 4(3F G+G) N1 GE-FB1
E1Q0
金属材料离开水面后匀速上升的过程中,以支架、电动机Q、定滑轮K为研究对象,
受力分析图如图8所示,配重E的受力分析图如图9所示,杠杆上C点、B点受力分析图如图10所示。
2=FC2 ,FB 2=FB2 , FC2·FCCO= FB2 ·OB 2=3F2+ GQ+G0 FC
COFB2=FC2 4(3F2+ GQ+G0)
OB
G 4(3F G+G) N2 GE-FB2
E2Q0
2C
FOF
B2
+G0
2 图8
g 图9
图10
2
W有23F2 G0
95%W总23F2
N
1GE 4(3F1 GQ G0)6 N2GE 4(3F2 GQ G0)1
解得:G0=50N,m0=5kg (1分)
(1分)
(3)金属材料浸没在水中匀速上升时,以动滑轮和被提升的金属材料为研究对象,受力分析图如图11所示,金属材料离开水面后匀速上升的过程中,以动滑轮和被提升的金属
F2= F2 材料为研究对象,受力分析图如图12所示。F1= F1 ,
F浮+3F1=G0+G
2 ′ =G+G 3F20′
1
解得:F浮=400N,G=950N(1分)
F浮
根据阿基米德原理F浮=ρ水g V,解得:V=4×10-2m3
ρ水gmG
金属材料密度ρ= ==2.4×103kg/m3
V gV(或2.375×103kg/m3
+G 图11
+G 图12
浮力、简单机械、压强、功率综合题
5.用如图20甲所示的滑轮组提升水中的物体M1,动滑轮A所受重力为G1,物体M1完全在水面下以速度v匀速竖直上升的过程中,卷扬机加在绳子自由端的拉力为F1,拉力F1做功的功率为P1,滑轮组的机械效率为 1;为了提高滑轮组的机械效率,用所受重力为G2的动滑轮B替换动滑轮A,如图20乙所示,用替换动滑轮后的滑轮组提升水中的物体M2,物体M2完全在水面下以相同的速度v匀速竖直上升的过程中,卷扬机加在绳子自由端的拉力为F2,拉力F2做功的功率为P2,滑轮组的机
2- 1=5%,械效率为 2。已知:G1-G2=30N,
P116
P ,M1、M2两物体的质量相等,体积V215
均为4×10-2m3
,g取10N/kg,绳重、轮与轴的摩擦及水的阻力均可忽略不计。 求:
(1)物体M1受到的浮力F浮; (2)拉力F1与F2之比; 甲
(3)物体M1受到的重力G。
图20解:(1)F浮=ρ水gV排
=1×103kg/m3×10N/kg×4×10-2m3=400N (2)P=Fυ P1= F1υ绳=2 F1υ P2= F2υ绳 =2 F2υ
F1F=P1P=16
① 2215
(3)在匀速提升水中物体M1的过程中,以动滑轮A和物体M1为研究对
象,受力分析如图4甲所示;
在匀速提升水中物体M2的过程中,以动滑轮B和物体M2为研究对象,受力分析如图4乙所示。 由图4可知:
2F1+ F浮=G+G1 ② 2F2+ F浮=G+G2 ③ G1-G2=30N ④ 由②③④得:F1-F2=15N ⑤ 由①⑤解得:F1=240N F2=225N =
W有W
总
2- 1=5%
G F浮2F-G F浮
=5% 22F1
G 400NG 400N
2 225N-2 240N
=5%
G=760
乙
2F1
2F2
F浮 F浮
G1 G2 G G
甲 乙
图4
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