工人用圖所示裝置,打撈深井中的邊長為30cm的正方體石料,石料的密度為3´103kg/m3。裝置的OC、DE、FG三根柱子固定在地面上,AB桿可繞O點轉(zhuǎn)動,AO:OB=1:2,邊長為L的正立方體配重M通過繩豎直拉著桿的B端。現(xiàn)用繩子系住石料并掛在滑輪的鉤上,工人用力沿豎直方向向下拉繩,使石料以0.2m/s的速度從水中勻速提升。AB桿始終處于水平位置,繩子的質(zhì)量、輪與軸間的摩擦均不計,g取10N/kg。求:
(1)如果石料在水中勻速上升時滑輪組的機械效率是η1,石料完全離開水面后滑輪組的機械效率是η2,且η1:η2=83:84,求石料在水中勻速上升過程中,工人拉繩的功率多大?
(2)若石料在水中勻速上升時,配重對地面的壓強為6500帕,石料完全離開水面后,配重對地面的壓強為4812.5帕;求配重M的密度。(7分)
(1)112W(2)
【解析】
試題分析:已知正方體石料邊長為30cm,可求出體積,又知密度3×103kg/m3,根據(jù)G=ρVg可求出重力;再根據(jù)阿基米德定律求出石料所受的浮力,即可求出動滑輪對石料的拉力;然后根據(jù)機械效率公式η1和η2的表達(dá)式,由η1:η2=83:84,列出方程求出動滑輪重;再由滑輪組的省力特點求出工人的拉力,根據(jù)石料的速度求出繩子自由端的拉力,最后根據(jù)P=FV求出拉力的功率。根據(jù)滑輪組省力特點,求出配重出水前滑輪組繩子的拉力,已知AO:OB=1:2,根據(jù)杠桿的平衡條件可求出杠桿B端對配重的拉力,根據(jù)F'B1+N=GM,列出方程;
根據(jù)滑輪組省力特點,求出配重出水后滑輪組繩子的拉力,已知AO:OB=1:2,根據(jù)杠桿的平衡條件可求出杠桿B端對配重的拉力,根據(jù)F′B2+N'=GM,列出方程,結(jié)合兩方程可求出配重M的密度。
解:
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(1)分別取石料、滑輪和杠桿為研究對象,其受力情況如圖示
石料的重力
石料所受的浮力
拉力
設(shè)石料在水中和完全離開水面后所上升的高度均為h,根據(jù)題意可得:
聯(lián)立式可得
工人的拉力為
拉力的功率為
(2)分別取杠桿和配重為研究對象,兩種狀態(tài)下的受力情況分別如圖示。
石料在水中時,,
因,即
,
①
石料出水后,,
因,即
,
②
聯(lián)立①②兩式可解得
考點:此題考查的是功率的計算,密度的計算,杠桿平衡條件的應(yīng)用及滑輪組的特點。
點評:本題考查的知識面比較廣。解決此題第一問關(guān)鍵是求出動滑輪的重力,分別寫出η1和η2的表達(dá)式,依據(jù)η1:η2=83:84列出方程是突破口。解答本題第二問的關(guān)鍵是要理清題意,正確對物體進(jìn)行受力分析,正確運用杠桿平衡條件和壓強公式是解題的關(guān)鍵。
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四川境內(nèi)地層深處有食鹽水。為了把地下食鹽水取出來,古人發(fā)明了竹筒井。竹筒井被譽為中國古代第五大發(fā)明,如圖甲所示。竹筒井的鉆探原理是通過如下圖乙所示的裝置,使鉆頭一起一落上下運動,連續(xù)不斷,即可將井中巖石擊碎,然后再用專用工具將井中泥沙、碎石取出,直至打到食鹽水層。竹筒井一般深約100m,井口直徑10~12cm,為了防止井壁坍塌,古人用一種粗如碗口大小的竹子,將竹節(jié)淘空,筒筒相連,插入井中,起到了固定井壁的作用。取食鹽水時,將鉆頭換成取水桶,放入井底,將食鹽水裝滿,再扳起花車,食鹽水便取出來。請回答下列問題:
(1)打井時,為了增強擊碎巖石的效果,鉆頭的質(zhì)量取大一些還是小一些好?
答:
理由:
(2)“花車”屬于我們學(xué)過的一種簡單機械,使用它提升重物時的優(yōu)點是 。
(3)把食鹽水變成鹽主要經(jīng)過“曬”和“煎”兩個過程�!皶瘛笔峭ㄟ^太陽的曬提高食鹽水的濃度,“煎”是將曬過的食鹽水放入鍋中,經(jīng)加熱獲取食鹽。則下列說法正確的是( )
A.“曬”涉及到的物態(tài)變化是汽化,而“煎”涉及到的物態(tài)變化是凝固
B.“曬”涉及到的物態(tài)變化是汽化,而“煎”涉及到的物態(tài)變化是凝華
C.“曬”涉及到的物態(tài)變化是升華,而“煎”涉及到的物態(tài)變化是凝固
D.“曬”和“煎”涉及到的物態(tài)變化都是汽化
(4)若工人把總質(zhì)量為10kg盛滿食鹽水的桶從100m深的井底勻速提升到地面,所用時間為200s,在此提升過程中的效率為50%,求該工人做功的功率。
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科目:初中物理 來源:2010-2011學(xué)年江蘇省無錫市濱湖區(qū)九年級4月調(diào)研測試物理試卷(解析版) 題型:綜合題
四川境內(nèi)地層深處有食鹽水。為了把地下食鹽水取出來,古人發(fā)明了卓筒井。卓筒井被譽為中國古代第五大發(fā)明,如圖甲所示。卓筒井的鉆探原理是通過如下圖乙所示的裝置,使鉆頭一起一落上下運動,連續(xù)不斷,即可將井中巖石擊碎,然后再用專用工具將井中泥沙、碎石取出,直至打到食鹽水層。卓筒井一般深約100m,井口直徑10~12cm,為了防止井壁坍塌,古人用一種粗如碗口大小的竹子,將竹節(jié)淘空,筒筒相連,插入井中,起到了固定井壁的作用。取食鹽水時,將鉆頭換成取水桶,放入井底,將食鹽水裝滿,再扳起花車,食鹽水便取出來。請回答下列問題:
(1)打井時,為了增強擊碎巖石的效果,鉆頭的質(zhì)量取大一些還是小一些好?簡要說明理由。
(2)“花車”屬于我們學(xué)過的一種簡單機械,使用它提升重物時的優(yōu)點是 。
(3)把食鹽水變成鹽主要經(jīng)過“曬”和“煎”兩個過程�!皶瘛笔峭ㄟ^太陽的曬提高食鹽水的濃度,“煎”是將曬過的食鹽水放入鍋中,經(jīng)加熱獲取食鹽。則下列說法正確的是( )
A.“曬”涉及到的物態(tài)變化是汽化,而“煎”涉及到的物態(tài)變化是凝固
B.“曬”涉及到的物態(tài)變化是汽化,而“煎”涉及到的物態(tài)變化是凝華
C.“曬”涉及到的物態(tài)變化是升華,而“煎”涉及到的物態(tài)變化是凝固
D.“曬”和“煎”涉及到的物態(tài)變化都是汽化
(4)若工人把總質(zhì)量為10kg盛滿食鹽水的桶從100m深的井底勻速提升到地面,所用時間為200s,在此提升過程中的效率為50%,求該工人做功的功率。(g取10N/kg)(寫出計算過程)
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