分析 (1)已知金屬材料浸沒(méi)在水中勻速上升時(shí)的速度,金屬材料有3段繩子承擔(dān),判斷繩子移動(dòng)的速度和重物上升速度 的關(guān)系,根據(jù)P=Fv求出電動(dòng)機(jī)牽引繩的功率;
(2)金屬材料浸沒(méi)在水中勻速上升時(shí),以支架、電動(dòng)機(jī)Q、定滑輪K為研究對(duì)象,分析其受到力的作用;
及對(duì)配重和杠桿的受力分析;根據(jù)力的平衡及力的作用是相互的及杠桿的平衡條件求出地面對(duì)配重E的支持力N1;
(3)對(duì)金屬材料離開(kāi)水面后勻速上升的過(guò)程中的支架、電動(dòng)機(jī)Q、定滑輪K為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,根據(jù)力的平衡條件和相互作用力、杠桿的平衡條件得出等式,再利用條件η2=95%,且N2=$\frac{{N}_{1}}{6}$,即可得出動(dòng)滑輪M的質(zhì)量.
解答 解:(1)金屬材料有3段繩子承擔(dān),所以繩子移動(dòng)的距離是物體上升高度的3倍,根據(jù)v=$\frac{s}{t}$,繩子的速度是重物上升的3倍,金屬材料浸沒(méi)在水中勻速上升時(shí),電動(dòng)機(jī)牽引繩子的功率為
P1=F1×3v1=200N×3×0.2m/s=120W;
(2)金屬材料浸沒(méi)在水中勻速上升時(shí),以支架、電動(dòng)機(jī)Q、定滑輪K為研究對(duì)象,受到支架豎直向上的拉力FC1′和豎直向下的重力G的作用及3段繩子對(duì)研究對(duì)象豎直下的拉力作用,受力分析圖如圖1所示;
,配重E受到繩子豎直向上的拉力N1的作用和地面對(duì)其的支持力FB1′的作用及本身受到的重力GE的作用,分析圖如圖2所示;
杠桿上C點(diǎn)、B點(diǎn)受力分析圖如圖3所示.
圖1中研究對(duì)象處于靜止?fàn)顟B(tài),故受到平衡力的作用,
即FC1′=3F1+G=3F1+mg=3×200N+17kg×10N/kg=770N;
研究對(duì)象受到的豎直向上的拉力FC1′與其對(duì)支架的作用力是一作用力和反作用力,大小相等,大小也等于支架對(duì)杠桿C的作用力,即FC1′=FC1,
根據(jù)杠桿的平衡條件:FC1•CO=FB1•OB,
繩子對(duì)杠桿B的作用力FB1=$\frac{CO}{OB}$×FC1=4×770N=3080N,根據(jù)力的作用是相互的,杠桿B端對(duì)繩子的拉力大小等于FB1,大小等于繩子對(duì)配重的拉力FB1′,
因配重處于靜止?fàn)顟B(tài),所以N1+FB1′=GE=mEg,
地面對(duì)配重的支持力N1=mEg-FB1′=500kg×10N/kg-3080N=1920N;
(3)金屬材料離開(kāi)水面后勻速上升的過(guò)程中,以支架、電動(dòng)機(jī)Q、定滑輪K為研究對(duì)象,受力分析圖如圖4所示,配重E的受力分析圖如圖5所示,杠桿上C點(diǎn)、B點(diǎn)受力分析圖如圖6所示;
由題意,地面對(duì)配重E的支持力為N2=$\frac{{N}_{1}}{6}$=$\frac{1920N}{6}$=320N,
繩子對(duì)配重的拉力F′B2=GE-N2=mEg-FB1′=500kg×10N/kg-320N=4680N;
根據(jù)力的作用是相互的,配重對(duì)繩子的拉力大小也為4680N,繩子作用在杠桿B端的力FB2=4680N,
根據(jù)杠桿的平衡的條件,F(xiàn)C2•CO=FB2•OB,F(xiàn)C2=$\frac{OB}{CO}$×FB2=$\frac{1}{4}$×4680N=1170N,
因FC2=3F2+G=3F2+mg; F2=$\frac{{F}_{C2}-G}{3}$=$\frac{1170N-170N}{3}$=$\frac{1000N}{3}$--------①
設(shè)金屬材料全部露出水面后勻速豎直上升h,則繩子運(yùn)動(dòng)的距離為s=3h,做的總功W總=F3h;
因繩和杠桿的質(zhì)量、捆綁金屬材料的鋼絲繩的質(zhì)量和體積、滑輪與軸及杠桿支點(diǎn)處的摩擦、水對(duì)金屬材料的阻力均可忽略不計(jì),
所以做的額外功即為克服動(dòng)滑輪自重做的額外功,W額外=G0h=m0gh,做的有用功:
W有=W總-W額外=F3h-m0gh;
因η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$×100%=$\frac{{3F}_{2}h{-m}_{0}gh}{{3F}_{2}h}$×100%=$\frac{{3F}_{2}{-m}_{0}g}{{3F}_{2}}$×100%=95%--------②,
將①式代入②式可得,動(dòng)滑輪M的質(zhì)量m0=5kg.
答:(1)金屬材料浸沒(méi)在水中勻速上升時(shí)電動(dòng)機(jī)牽引繩的功率P1為120W,
(2)地面對(duì)配重E的支持力N1為1920N;
(3)設(shè)在金屬材料全部露出水面后勻速豎直上升的過(guò)程中,地面對(duì)配重E的支持力為N2,且N2=$\frac{{N}_{1}}{6}$,滑輪組的機(jī)械效率為η=95%,動(dòng)滑輪M的質(zhì)量m0為5kg.
點(diǎn)評(píng) 本題為力學(xué)綜合題,考查了學(xué)生對(duì)重力公式、功率公式、效率公式、力的平衡、杠桿平衡條件的掌握和運(yùn)用,知識(shí)點(diǎn)多、綜合性強(qiáng),為壓軸題,要求靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí),畫(huà)出受力示意圖幫助解題是本題的關(guān)鍵.
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科目:初中物理 來(lái)源: 題型:選擇題
A. | 蒸發(fā)只有在溫度足夠高時(shí)才能發(fā)生 | |
B. | 同一物質(zhì)的凝固點(diǎn)比它的熔點(diǎn)溫度低 | |
C. | 在溫度降到足夠低時(shí)所有氣體都能液化 | |
D. | 霜與雪的形成都是凝固現(xiàn)象,放出熱量 |
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科目:初中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題
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科目:初中物理 來(lái)源: 題型:多選題
A. | 由于不注意用眼衛(wèi)生等原因造成很多中學(xué)生患了近視,為了矯正近視而配戴的眼鏡是凹透鏡 | |
B. | 法拉第發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng),這和他堅(jiān)信電和磁之間一定存在著聯(lián)系的哲學(xué)思想是分不開(kāi)的 | |
C. | 汽車(chē)水平拉著拖車(chē)在水平路面上沿直線(xiàn)加速行駛,汽車(chē)對(duì)拖車(chē)的拉力大于拖車(chē)對(duì)汽車(chē)的拉力 | |
D. | 人造地球衛(wèi)星從近地點(diǎn)向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,衛(wèi)星的勢(shì)能增大,動(dòng)能減小 |
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科目:初中物理 來(lái)源: 題型:填空題
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科目:初中物理 來(lái)源: 題型:選擇題
A. | 兩位同學(xué)可通過(guò)“土電話(huà)”進(jìn)行交流,證明聲音能在固體中傳播 | |
B. | 水下的花樣游泳運(yùn)動(dòng)員在音樂(lè)伴奏聲中動(dòng)作整齊優(yōu)美,證明聲音能在液體中傳播 | |
C. | 宇航員在太空中可以通話(huà),證明聲音能在真空中傳播 | |
D. | 我們能聽(tīng)到優(yōu)美的琴聲,證明聲音能在氣體中傳播 |
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科目:初中物理 來(lái)源: 題型:選擇題
A. | 電壓表V2示數(shù)為零,電阻R短路 | B. | 電壓表V2示數(shù)為零,燈泡L斷路 | ||
C. | 電壓表V1示數(shù)為零,燈泡L斷路 | D. | 電流表A示數(shù)為零,電阻R短路 |
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