【題目】快樂周三科技興趣小組活動中,小泉同學為了探究“向水中釋放潛水裝置的有關規(guī)律”,他建立了如圖甲所示的理想模型,由復合材料制成的圓柱體A懸掛在動滑輪下面,一根繩子通過某種繞法(未畫出)將定滑輪、動滑輪組成滑輪組,繩子的一端握在小泉手中。通過緩慢釋放繩子,使物體A先在空中下降,然后逐漸進入水中。實驗時,物體A下表面向下移動的距離為x,小泉手拉繩子的力Fx的關系如圖乙所示,已知圓柱體A的密度ρA=3×103kg/m3,底面積S=0.06m2,高H=1m;小泉同學的質量為50kg。若不計動滑輪自重,不計繩重和滑輪組各處摩擦。

1)求A物體的重力G

2)通過計算猜想滑輪組中的繩子的繞法在圖甲中畫出一種繞法(滑輪不一定都用上);

3)計算出圖乙中Fx的數(shù)值;

4)興趣小組輔導員劉老師問,以上計算不計動滑輪自重,不計繩重和滑輪組各處摩擦。若只考慮動滑輪總重,不計繩重和摩擦,算得圖乙中Fx的數(shù)值是450N,推算當物體A浸入水中0.5m深時,對繩子的拉力F。

【答案】(1)1800N(2) (3)400N;(4)550N

【解析】

(1)由于圓柱體A的底面積是S0.06 m2,高是H1m,所以,物體A的體積是

VA =SH=0.06 m2×1m=0.06m3

物體A的質量是

m=ρV=3×103kg/m3×0.06m2×1m=180kg

A物體的重力是

G=mg=180kg×10N/kg=1800N

(2)F-x圖象知道,當x=0時,F=600N,即物體A在空中下降時的拉力為600N,由于不計動滑自重、繩重和滑輪組各處摩擦,連接動滑輪繩子的股數(shù)是

n==3

即有三股繩子的拉力與重力G平衡,所以,繩子的繞法有多種,其中之一如下圖,由于學生體重小于拉力,所以繩子自由端只能如圖向上拉,不能向下拉

(3)F-x圖象知道,當x2m時,手拉繩子的力Fx 不變,說明此時物體A浸沒在水中,故物體A排開水的體積是

V=VA=0.06m3

此時物體A受到重力、浮力和拉力的作用,且拉力是

Fx=(G-F)=×(1800N-1×103kg/m3×0.06m3×10N/kg)=400N

(4)若考慮動滑輪重,不計繩重和摩擦,算得圖乙中Fx的數(shù)值是450N,由

Fx=(G+G-F)

得,動滑輪重為

G=3Fx+F-G=3×450N+600N-1800N=150N

當物體A浸入水中h=0.5m時,此時學生對繩子的拉力是

Fx=(G+G-F)= (1800+150N-1×103kg/m3×0.06 m2×0.5m×10N/kg)=550N

答:(1)A物體的重力是1800N;

(2)見解析;

(3)圖乙中Fx的數(shù)值是400N

(4)當物體A浸入水中0.5m深時,對繩子的拉力是550N。

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______

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序號

動滑輪重G/N

鉤碼重G/N

鉤碼上升高度h/ cm

繩端拉力F/N

繩端移動距離s/cm

機械效率

1

0.1

1

10

0.6

20

83.3%

2

0.1

2

10

1.1

20

3

0.2

2

10

1.2

20

83.3%

分析表中數(shù)據(jù)可知:

2次實驗中,動滑輪的機械效率是_______;

對于同一動滑輪,所提升鉤碼的重力增大,機械效率將_______(選填“增大”、“減小”或“不變”,下同);提升相同重力的鉤碼時,動滑輪的重力增大,其機械效率將_______。

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