如图所示,物理兴趣小组分别用甲、乙两个滑 - 考试试题及答案解析 - 读趣百科
单选题

如图所示,物理兴趣小组分别用甲、乙两个滑轮组匀速提起质量相同的物体,不计绳重及摩擦.若每个滑轮质量相同,对比两个滑轮组,下列说法正确的是(  )

A
甲更省力,甲机械效率大
B
乙更省力,机械效率一样大
C
乙更省力,乙机械效率大
D
甲更省力,机械效率一样大

题目答案

B

答案解析

分析:

由滑轮组的结构知道承担物重的绳子股数n,则绳子自由端移动的距离s=nh;把相同的重物匀速提升相同的高度,做的有用功相同;不计绳重及摩擦,利用相同的滑轮和绳子、提升相同的高度,做额外功相同;而总功等于有用功加上额外功,可知利用滑轮组做的总功相同,再根据效率公式判断滑轮组机械效率的大小关系.

解答:

解:不计绳重及摩擦,

拉力F=$\frac {1}{n}$(G_物+G_轮),n_甲=2,n_乙=3,

绳子受的拉力:

F_甲=$\frac {1}{2}$(G_物+G_轮),F_乙=$\frac {1}{3}$ (G_物+G_轮),

F_甲>F_乙,乙图省力;

动滑轮重相同,提升的物体重和高度相同,W_额=G_轮h,W_有用=G_物h,

利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同,总功相同,

由\eta =$\frac {W_有用}{W_总}$×100 % ,可知,

滑轮组的机械效率相同.

故选B.

点评:

本题考查了使用滑轮组时n的确定方法,有用功、额外功、总功的计算方法,不计摩擦和绳重时拉力的求法;本题关键在于确定额外功相等.

举一反三
单选题

图甲是建造大桥时所用的起吊装置示意图,使用电动机和滑轮组(图中未画出)将实心长方体A从江底竖直方向匀速吊起,图乙是钢缆绳对A的拉力F$_1$随时间t变化的图象.A完全离开水面后,电动机对绳的拉力F大小为6.25×10_N,滑轮组的机械效率为80%,已知A的重力为2×10_N,A上升的速度始终为0.1m/s.(不计钢缆绳与滑轮间的摩擦及绳重,不考虑风浪、水流等因素的影响),求:



长方体A完全离开水面后,在上升过程中F的功率为(      ).

A
2300W
B
2400W
C
2500W
D
2600W

题目答案

C

答案解析

分析:

先根据机械效率的变形公式求出提升物体绳子的条数,然后求出F移动的速度,最后根据P=Fv求出拉力的功率.

解答:

解:长方体A完全离开水面后,在上升过程中F的功率为2500W.

点评:

本题考查了浮力、密度、功率、压强的计算,主要是考查公式的灵活运用,关键会选择合适的计算公式.

单选题

如图是利用滑轮组匀速提升水中圆柱体M的示意图,滑轮组固定在钢架上,滑轮组中的两个滑轮质量相等,绕在滑轮组上的绳子能承受的最大拉力为900N,连接圆柱体M与动滑轮挂钩的绳子能承受的最大拉力为3000N.圆柱体M高为3m,底面积为0.02m_,密度为4.5×10_kg/m_.在绳端拉力F作用下,圆柱体M从其下表面距水面15m处匀速上升到其上表面与水面相平的过程中用了3min,在这个过程中,拉力F的功率为160W,滑轮组的机械效率为η,钢架对定滑轮的拉力为T.在圆柱体M被缓慢拉出水的过程中,圆柱体M的下表面受到水的压强为p.不计绳重、轮与轴的摩擦及水的阻力,g取10N/kg.下列选项中正确的是(  )

A
压强p的最小值为15000Pa
B
拉力T的大小为2700N
C
拉力F的大小为640N
D
滑轮组的机械效率为90%

题目答案

A

答案解析

分析:

(1)解答此题首先对动滑轮和物体做整体受力分析,如解答中的图1,对定滑轮做受力分析如解答中的图2,根据F_浮=ρ_水gV求得M所受的浮力,再根据重力和浮力之比可求得M的重力,从而可求得拉力F大小;

(2)因M有三段绳子承担,根据平衡条件F_浮+3F=G_轮+G_M,可求得拉力T的大小;再根据η=$\frac {G_M-F_浮}{G_M+G_轮-F_浮}$可求得滑轮组的机械效率.

(3)由绕在滑轮组上的绳子能承受的最大拉力为900N和连接圆柱体M与动滑轮挂钩的绳子能承受的最大拉力为3000N,可知圆柱体M的下表面受到水的压力,再利用p=$\frac {F}{S}$可求得压强p的最小值.

解答:

(1)对动滑轮和物体做整体受力分析,如图1,对定滑轮做受力分析如图2所示,

∵h=3m,S=0.02m_,

∴V=0.06m_,

∴F_浮=ρ_水gV=1.0×10_kg/m_×10N/kg×0.06m_=600N,

∵M全部浸没,则V=V_排,

∴$\frac {G_M}{F_浮}$=$\frac {ρgV}{ρ_水gV_排}$=$\frac {ρ}{ρ_水}$=$\frac {G_M}{600N}$$\frac {4.5×10_kg/m}{1.0×10_kg/m}$,

解得G_M=2700N,

由已知可知:v=$\frac {15m-3m}{3×60s}$=$\frac {1}{15}$m/s,

∵P=$\frac {W}{t}$=$\frac {Fs}{t}$=F•3v=F×3×$\frac {1}{15}$m/s=160W,

∴F=$\frac {P}{3v}$=$\frac {160W}{3×115}$m/s=800N,故C错误;

(2)由平衡条件:F_浮+3F=G_轮+GM,可得G_轮=600N+3×800N-2700N=300N,则T=2F+G_轮=1600N+300N=1900N,故B错误;

(3)η=$\frac {(G_M-F_浮)h}{F_拉×3h}$=$\frac {G_M-F_浮}{G_M+G_轮-F_浮}$×100%=$\frac {2700N-600N}{2700N+300N-600N}$×100%=$\frac {2100N}{2400N}$×100%=87.5%,故选项D错误;

(4)F_浮+3F=G_动+G_M,露出水面,浮力减小,拉力增大,每一段绳子的拉力最多增大到900N,以后绕在滑轮组上的绳子将拉断.此时的浮力为最小F_浮最小=G_动+G_M-3F=300N+2700N-3×900N=300N,

∴p=$\frac {F$_1$}{S}$=$\frac {300N}{0.02m}$=1.5×10_Pa,故选项A正确.

故选A.

点评:

本题为力学综合题,考查了学生对重力公式、密度公式、阿基米德原理、滑轮组拉力的计算方法、力的合成的掌握和运用,是我们初中力学中比较难的题目.

单选题

如图所示,重为1140N的物体,它与水平地面的接触面积为1.5×10_cm_.工人师傅用600N的力匀速提升物

体,物体的速度为0.2m/s.(不计摩擦及绳重)

求:(1)工人师傅拉绳的功率;

(2)滑轮组的机械效率;

(3)体重为450N的小明用此滑轮组提升物体,但物体没有被拉动,物体对地面的最小压强为多大.

A
230W;94%;2000Pa
B
240W;95%;2000Pa
C
240W;96%;2100Pa
D
260W;95%;2000Pa

题目答案

B

答案解析

分析:

(1)根据v_拉=2v_物求出拉力移动速度,根据P=$\frac {W}{t}$=$\frac {Fs}{t}$=Fv求出拉力的功率;

(2)根据η=$\frac {W_有用}{W_总}$=$\frac {Gh}{F2h}$=$\frac {G}{2F}$求出机械效率;

(3)根据工人师傅的拉力F=$\frac {1}{2}$(G+G_动)求出动滑轮重,小明的最大拉力为F=G=450N,根据F=$\frac {1}{2}$(F_拉+G_动)求出绳子对物体的拉力,则物体对地面的压力F_压=F_支=G-F_拉,根据p=$\frac {F}{S}$求出对地面的最小压强.

解答:

已知:物体重G=1140N,面积S=1.5×10_cm_=0.15m_,工人师傅拉力F=600N,物体速度=0.2m/s,小明体重G_人=450N,

求:(1)工人师傅拉绳的功率P=?;(2)滑轮组的机械效率η=?;(3)物体对地面的最小压强p=?

解:(1)拉力移动速度:v_拉=2v_物=2×0.2m/s=0.4m/s,

工人师傅拉绳的功率:

P=$\frac {W}{t}$=$\frac {Fs}{t}$=Fv=600N×0.4m/s=240W;

(2)机械效率:

η=$\frac {W_有用}{W_总}$×100%=$\frac {Gh}{F2h}$×100%=$\frac {G}{2F}$×100%=$\frac {1140N}{2×600N}$×100%=95%;

(3)不计摩擦及绳重,F=$\frac {1}{2}$(G+G_动),

所以动滑轮重:

G_动=2F-G=2×600N-1140N=60N,

小明拉绳子时的最大拉力等于其重力,F′=G_人=450N,F=$\frac {1}{2}$(F_拉+G_动),

所以绳子对物体的最大拉力:F_拉=2F′-G_动=2×450N-60N=840N,

物体对地面的最小压力:

F_压=F_支=G-F_拉=1140N-840N=300N,

物体对地面的最小压强:

p=$\frac {F_压}{S}$=$\frac {300N}{0.15m}$=2000Pa.

答:(1)工人师傅拉绳的功率为240W;

(2)滑轮组的机械效率为95%;

(3)物体对地面的最小压强为2000Pa.

点评:

此题主要考查的是学生对功率、机械效率、压强计算公式的理解和掌握,弄明白物体对地面的压力是解决此题的关键.

单选题

小李用如图的滑轮组匀速提升水中的重物.当重物A未露出水面之前,人对地面的压力为F$_1$;当重物A完全露出水面之后,人对地面的压力为F$_2$.已知重物A的重力为750N,体积为0.015m_,动滑轮重为120N,F$_1$:F$_2$=3:2.(不计绳重和摩擦,g取10N/kg)求:

(1)重物A浸没在水中时受到的浮力;

(2)重物A未露出水面之前,滑轮组的机械效率;

(3)人的重力.

A
150N;83%;585N
B
151N;82%;585N
C
150N;81%;583N
D
150N;81%;580N

题目答案

A

答案解析

分析:

(1)已知物体A重,利用重力公式求其质量,再利用密度公式求物体A的密度;

(2)根据F_浮=ρgV_排可求得重物A浸没在水中时受到的浮力;

(3)重物A未露出水面之前,滑轮组的机械效率η=$\frac {W_有用}{W_总}$=$\frac {(G_A-F_浮)h}{(G_A-F_浮+G_动)h}$,

(4)当重物A未露出水面之前,人对地面的压力为F$_1$;则F$_1$+$\frac {1}{2}$(G_A-F_浮+G_动)=G,当重物A完全露出水面之后,人对地面的压力为F$_2$.则F$_2$+$\frac {1}{2}$(G_A+G_动)=G,再根据F$_1$:F$_2$=3:2.即可求得结论.

解答:

解:(1)m_A=$\frac {G_A}{g}$=$\frac {750N}{10N/kg}$=75kg,

ρ_A=$\frac {m_A}{V_A}$=$\frac {75kg}{0.015m}$=5×10_kg/m_;

(2)重物A浸没在水中时受到的浮力F_浮=ρgV_排=1.0×10_kg/m_×10N/kg×0.015m_=150N;

(3)重物A未露出水面之前,滑轮组的机械效率η=$\frac {W_有用}{W_总}$×100%=$\frac {(G_A-F_浮)h}{(G_A-F_浮+G_动)h}$×100%=$\frac {750N-150N}{750N-150N+120N}$×100%=$\frac {600N}{720N}$×100%≈83%,

(4)当重物A未露出水面之前,人对地面的压力为F$_1$;则F$_1$+$\frac {1}{2}$(G_A-F_浮+G_动)=G…①,

当重物A完全露出水面之后,人对地面的压力为F$_2$.则F$_2$+$\frac {1}{2}$(G_A+G_动)=G…②,

再根据F$_1$:F$_2$=3:2.解得G=585N.

答:(1)重物A的密度为=5×10_kg/m_;

(2)重物A浸没在水中时受到的浮力为150N;

(3)重物A未露出水面之前,滑轮组的机械效率为83%;

(4)人的重力为585N.

点评:

本题考查了学生对密度公式、重力公式、阿基米德原理、效率公式的掌握和运用,涉及到对物体的受力分析,知识点多、综合性强,属于难题!

单选题

如图,物体重100N,圆柱形容器底面积为400cm_,内盛有65cm深的水,当用图中滑轮组将物体浸没在水中后,容器中水面上升到70cm,物体完全浸没在水中时滑轮组的机械效率为80%(不计绳重和绳子与滑轮间的摩擦及水的阻力).ρ_水=1.0×10_kg/m_,g取10N/kg.求:

(1)物体浸没在水中后,水对容器底增加的压强.

(2)物体浸没在水中时受到的浮力.

(3)若把物体完全拉出水面后,滑轮组的机械效率.

A
400Pa;20N;83.2%
B
500Pa;10N;83.3%
C
500Pa;20N;83.3%
D
500Pa;20N;80.3%

题目答案

C

答案解析

分析:

(1)求出水面上升的高度,根据液体压强计算公式P=ρgh就可以计算出水对容器底增加的压强;

(2)物体浸没在水中时V_排=V_物,首先求出物体的体积,再根据阿基米德原理计算出物体受到的浮力;

(3)当物体完全浸没在水中时,根据滑轮组机械效率的计算公式和滑轮组的省力公式求出动滑轮的重力,再求出物体被拉出水面后滑轮组的机械效率.

解答:

解:(1)物体浸没在水中后,增加的深度:

h=70cm-65cm=5cm=0.05m;

增加的压强:

p=ρ_水gh=1.0×10_kg/m_×10N/kg×0.05m=500Pa.

(2)物体体积:

V_物=sh=400cm_×5cm=2000cm_=2×10_m_

∵浸没时V_排=V_物=2×10_m_

∴F_浮=ρ_水gV_排=1.0×10_kg/m_×10N/kg×2×10_m_=20N.

(3)浸没时,由于不计绳重和绳子与滑轮间的摩擦及水的阻力,

∴η=$\frac {W_有用}{W_总}$×100%=$\frac {(G_物-F_浮)h}{(G_物-F_浮+G_动)h}$×100%=$\frac {G_物-F_浮}{G_物-F_浮+G_动}$×100%

代入相关数据解得:G_动=20N

完全拉出水面后,与动滑轮相连的绳子段数是3,

∴拉力F′=$\frac {G_物+G_动}{3}$=$\frac {100N+20N}{3}$=40N,

此时滑轮组的机械效率:

η′=$\frac {W_有用}{W_总}$×100%=$\frac {G_物h}{F′s}$×100%=$\frac {G_物}{F′×3}$×100%=$\frac {100N}{40N×3}$×100%=83.3%.

答:(1)物体浸没在水中后,水对容器底增加的压强是500Pa.

(2)物体浸没在水中时受到的浮力是20N.

(3)若把物体完全拉出水面后,滑轮组的机械效率是83.3%.

点评:

本题为力学综合题,考查了压强公式的应用、浮力的计算、同一直线上力的合成、使用滑轮组拉力和机械效率的计算,本题关键是明确物体出水前后机械效率的计算方法,属于难题.

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