小雨的體重為600N,他使用如下圖所示的滑輪組提升重物.已知?jiǎng)踊喼?00N;當(dāng)勻速提升的體積為0.02m3的重物(重物始終未出水面)時(shí),他對(duì)地面的壓強(qiáng)為6×103Pa,已知每只鞋底與地面的接觸面積為2dm2.求:
①物體的密度
②物體出水后人施加的拉力
③求提升重物離水后滑輪組的機(jī)械效率?(不計(jì)繩重和摩擦)

解:①根據(jù)p=得,人對(duì)地面的壓力為:F'=pS=6×103Pa×2×2×10-2m2=240N.
人站在水平地面上,受到豎直向下的重力、繩對(duì)人豎直向上的拉力和地面對(duì)人豎直向上的支持力,這三個(gè)力是平衡力,所以,G=F+F,
物體間力的作用是相互的,所以人對(duì)地面的壓力和地面對(duì)人的支持力是相互作用力,大小相等,所以,F(xiàn)=F'=240N.
所以,人受到繩的拉力為:F=G-F'=600N-240N=360N.
物體間力的作用是相互的,所以繩對(duì)人豎直向上的拉力和人對(duì)繩豎直向下的拉力是相互作用力,大小相等,
所以繩子自由端的拉力是:F=360N.
物體浸沒在水中受到的浮力:FgV=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×0.02m3=196N.
物體和動(dòng)滑輪有兩段繩子承擔(dān),不計(jì)繩重和摩擦,所以F=(G-F+G動(dòng)),
所以G=2F+F-G動(dòng)=2×360N+196N-100N=816N.
由G=mg=ρVg得,ρ===4.16×103kg/m3
②如圖,物體和動(dòng)滑輪有兩段繩子承擔(dān),不計(jì)繩重和摩擦,
F=(G+G動(dòng))=(816N+100N)=458N.
③η=====89.1%.
答:①物體的密度是4.16×103kg/m3
②物體出水后人施加的拉力458N.
③提升重物離水后滑輪組的機(jī)械效率是89.1%.
分析:(1)①求出雙腳的面積,求出人對(duì)地面的壓力,分析人的受力情況,根據(jù)二力平衡條件和相互作用力,求出人受到向上的拉力.
②根據(jù)物體間力的作用是相互的,求出人拉繩子自由端的力.
③知道物體的體積,根據(jù)阿基米德原理求出物體受到的浮力.
④根據(jù)F=(G-F+G動(dòng))求出物體的重力,求出物體的密度.
(2)根據(jù)F=(G+G動(dòng))求出繩子自由端的拉力.
(3)知道繩端的拉力、物體的重力、動(dòng)滑輪的重力,根據(jù)η=求出此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率.
點(diǎn)評(píng):不計(jì)繩重和摩擦,利用η=計(jì)算機(jī)械效率是常用的方法,利用F=(G+G動(dòng))計(jì)算繩端的拉力是常用的方法.
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