Question

4．小明用圖甲所示的滑輪組將地面上重60牛，邊長(zhǎng)10厘米的正方體的物塊提升到高處．施加在繩子自由端豎直向下的拉力F大小隨時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示，重物上升的高度h隨時(shí)間t的關(guān)系如圖丙所示（整個(gè)過(guò)程繩重和摩擦不計(jì)）．據(jù)圖回答下列問(wèn)題：
（1）物體在0～1秒時(shí)間段內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)，在2～3秒時(shí)間段內(nèi)拉力F做功最多．（選填“0～1秒”、“1～2秒”或“2～3秒”）
（2）動(dòng)滑輪的重力為20牛．
（3）在0～1秒內(nèi)，重物對(duì)地面的壓強(qiáng)為多少帕？

Answer 1

分析 （1）由圖丙可知0～1s、1～2s、2～3s內(nèi)物體運(yùn)動(dòng)的距離，然后判斷物體所處的狀態(tài)，由圖乙可知對(duì)應(yīng)的拉力，根據(jù)W=Fh求出拉力做的功，然后判斷拉力做功最多的時(shí)間段；
（2）由圖甲可知滑輪組繩子的有效股數(shù)，由圖乙可知物體勻速上升時(shí)拉力的大小，繩重和摩擦不計(jì)，根據(jù)F=$\frac{1}{n}$（G+G_動(dòng)）求出動(dòng)滑輪的重力；
（3）在0～1秒內(nèi)，由圖乙可知拉力的大小，物體的重力減去拉力即為物體對(duì)地面的壓力，受力面積為物體的底面積，根據(jù)p=$\frac{F}{S}$求出重物對(duì)地面的壓強(qiáng)．

解答 解：（1）由圖甲可知，n=2，由圖丙可知：
1～2s內(nèi)，物體上升的距離為1m，上升的高度不隨時(shí)間均勻變化，做變速勻速，
由圖乙可知，對(duì)應(yīng)的拉力F₂=50N，拉力做的功W₂=F₂s₂=F₂nh₂=50N×2×1m=100J；
2～3s內(nèi)，物體上升的距離為2m，上升的高度隨時(shí)間均勻變化，做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，
由圖乙可知，對(duì)應(yīng)的拉力F₃=40N，拉力做的功W₃=F₃s₃=F₃nh₃=40N×2×2m=160J；
綜上可知，在2～3s時(shí)間段內(nèi)拉力F做功最多；
（2）物體勻速上升時(shí)拉力F₃=40N，
因繩重和摩擦不計(jì)，
所以，由F=$\frac{1}{n}$（G+G_動(dòng)）可得，動(dòng)滑輪的重力：
G_動(dòng)=nF₃-G=2×40N-60N=20N；
（3）在0～1秒內(nèi)，由圖乙可知拉力F₁=30N，
物體對(duì)地面的壓力：
F=G-F₁=60N-30N=30N，
受力面積：
S=L²=（10cm）²=100cm²=0.01m²，
重物對(duì)地面的壓強(qiáng)：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{30N}{0.01{m}^{2}}$=3000Pa．
答：（1）0～1秒；2～3秒；
（2）20；
（3）在0～1秒內(nèi)，重物對(duì)地面的壓強(qiáng)為3000Pa．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道力學(xué)綜合題，涉及到滑輪組、壓強(qiáng)、功的計(jì)算，能從題目提供的圖中得出每秒內(nèi)的相關(guān)信息是本題的關(guān)鍵．