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某校科技小组的同学设计了一个从水中打捞物体的模型,如图所示。其中D、E、G、H都是定滑轮,M是动滑轮,杠杆BC可绕O点在竖直平面内转动,OC∶OB=3∶4。杠杆BC和细绳的质量均忽略不计。人站在地面上通过拉绳子提升水中的物体A,容器的底面积为300 cm2。人的质量是70 kg,通过细绳施加竖直向下的拉力F1时,地面对他的支持力是N1,A以0.6m/s的速度匀速上升。当杠杆到达水平位置时物体A总体积的五分之二露出液面,液面下降了50cm,此时拉力F1的功率为P1;人通过细绳施加竖直向下的拉力F2时,物体A以0.6m/s的速度匀速上升。当物体A完全离开液面时,地面对人的支持力是N2,拉力F2的功率为P2。已知A的质量为75kg, N1∶N2=2∶1,忽略细绳与滑轮的摩擦以及水对物体的阻力,g取10N/kg。求:

⑴当物体露出液面为总体积的五分之二时,物体所受的浮力;
⑵动滑轮M受到的重力G;
⑶P1∶P2的值。

(1)225N (2)100N (3)8:11

解析试题分析:在此题中,从物体A的受力情况入手,根据平衡力知识以及阿基米德原理,可求出A受到的浮力;再对滑轮的受力进行分析,结合动滑轮及定滑轮知识,逐一分析题目中涉及的力;再结合人对地面的压强知识及杠杆的平衡条件分析出压力在此题中的情况;统筹考虑以上与力有关的知识,结合平衡力、浮力、滑轮、杠杆、压强知识所涉及的公式原理等可最终解决此题.
具体:(1)当物体露出液面为总体积的五分之二时,水面下降了50cm,从而可求减小的排开水的体积;也就是物体总体积的五分之二;物体的体积V=S×△h×=300×10-4m2×0.5m×=0.0375m3
此时物体排开水的体积为V=V=×0.0375m3=0.0225m3
物体所受的浮力F=ρgV=1000kg/m3×10N/kg×0.0225m3=225N;
答:当物体露出液面为总体积的五分之二时,物体所受的浮力为225N;

(2)A的受力情况如图甲:受到重力GA、拉力FA1和浮力F1作用,且处于平衡状态;
则有:FA1=GA-F1=750N-225N=525N; 
当A完全离开水面时,仍受到重力GA、拉力FA2作用,且处于平衡状态,设杠杆与水平面所成夹角为∠B;
则有:FA2=GA
动滑轮B的受力情况如图乙,FA1与FA1′相等(相互作用力),FA2与FA2′相等(相互作用力);
则有:A全浸时FC1=G+2FA1=G+1050N…①
A一半浸没时FC2=G+2FA2=G+2000N…②
C的受力情况如图丙,FC1与FC1′相等,FC2与FC2′相等(相互作用力);
由已知条件和式①、式②可得:FD1=(G+FC1)=(2G+1050N)…③
FD2=(G+FC2)=(2G+2000N)…④
杠杆的受力情况如图丁,
由杠杆平衡条件可知:FD?OD=F1?OE,FD1与FD1′相等(相互作用力),FD2与FD2′相等(相互作用力),代入已知条件和式③、式④,可得:
F1=?FD1=FD1=(2G+1050N)…⑤
F2=?FD2=FD2=(2G+2000N)…⑥
解得::G=100N
答:动滑轮M受到的重力G为100N;
(3)对人进行受力分析如图戊,F1与F1′相等(相互作用力):
P1=F1V=(2G+1050N)V
P2=F2V=(2G+2000N)V

答:P1:P2的值为8:11.
考点:浮力大小的计算;滑轮组绳子拉力的计算;重力的计算;杠杆的平衡条件;功率的计算
点评:此题综合性很强,且难度很大;解答时,从分析受力入手,再将题目进行分解:浮力问题、滑轮问题、杠杆平衡条件问题、压强问题;将四类问题通过力有机的结合在一起,充分利用题目的已知条件,就可解答此题.

练习册系列答案
相关习题

科目:初中物理 来源: 题型:阅读理解

精英家教网探究速度的变化
提出问题:某校八年级科技小组制作了一种降落伞,这种降落伞在降落过程中速度是否发生变化?
猜想与假设:①降落过程中速度可能不发生变化(作匀速运动)
②降落过程中速度可能越来越快(作变速运动)
制定计划与设计实验:同学们准备从高楼阳台上向下释放降落伞,通过测定降落伞的下落时间来探究降落伞的速度是否发生变化.通过讨论,提出了两种实验方案.(如图是实验示意图)
①方案A:采用两次放伞的方法,具体步骤为:先让降落伞从30楼(从地面上升30层)阳台下落到15楼阳台,测量从30楼阳台下落到15楼阳台所用的时间;然后让降落伞从15楼阳台下落到地面,测量从15楼阳台下落到地面所用的时间;最后计算并比较降落伞通过这两段路程的速度.
②方案B:采用一次放伞的方法,具体步骤为:让降落伞从30楼阳台下落到地面,分别测量其通过15楼阳台、到达地面的时间,最后计算并比较降落伞通过这两段路程的速度.
进行实验与收集证据:分别采用A、B两种方案进行测量:
设降落伞从30楼下落到15楼所用的时间为t1,降落伞从15楼下落到地面的时间为t2.测得30楼阳台到地面的高度为90m,15楼阳台到地面的高度为45m,测出降落伞下落的时间已经记录在下表中.
下落时间 t1(s) t2(s)
采用A方案实验 3 3
采用B方案实验 3 2
分析与论证:请根据测量结果回答下列问题.
(1)采用A方案实验
①降落伞从30楼下落到15楼的平均速度是多少?V1=
 
m/s
②降落伞从15楼下落到地面的平均速度是多少?V2=
 
m/s
③比较降落伞通过这两段路程的速度,你能得出什么结论?为什么会有这种结论?
(2)采用B方案实验
①降落伞从30楼下落到15楼的平均速度是多少?V1=
 
m/s
②降落伞从15楼下落到地面的平均速度是多少?V2=
 
m/s
③比较降落伞通过这两段路程的速度,你能得出什么结论?为什么会有这种结论?
评估:比较A、B两种实验方案,简单回答问题:
(3)如果降落伞下落速度不变,采用这两种方案得到的结论相同吗?为什么?
(4)如果降落伞下落越来越快,采用这两种方案得到的结论相同吗?为什么?
(5)探究降落伞下落速度是否变化,在前面的A、B两种实验方案中,你认为应该采用哪种方案更好些?为什么?

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科目:初中物理 来源: 题型:解答题

探究速度的变化
提出问题:某校八年级科技小组制作了一种降落伞,这种降落伞在降落过程中速度是否发生变化?
猜想与假设:①降落过程中速度可能不发生变化(作匀速运动)
②降落过程中速度可能越来越快(作变速运动)
制定计划与设计实验:同学们准备从高楼阳台上向下释放降落伞,通过测定降落伞的下落时间来探究降落伞的速度是否发生变化.通过讨论,提出了两种实验方案.(如图是实验示意图)
①方案A:采用两次放伞的方法,具体步骤为:先让降落伞从30楼(从地面上升30层)阳台下落到15楼阳台,测量从30楼阳台下落到15楼阳台所用的时间;然后让降落伞从15楼阳台下落到地面,测量从15楼阳台下落到地面所用的时间;最后计算并比较降落伞通过这两段路程的速度.
②方案B:采用一次放伞的方法,具体步骤为:让降落伞从30楼阳台下落到地面,分别测量其通过15楼阳台、到达地面的时间,最后计算并比较降落伞通过这两段路程的速度.
进行实验与收集证据:分别采用A、B两种方案进行测量:
设降落伞从30楼下落到15楼所用的时间为t1,降落伞从15楼下落到地面的时间为t2.测得30楼阳台到地面的高度为90m,15楼阳台到地面的高度为45m,测出降落伞下落的时间已经记录在下表中.
下落时间t1(s)t2(s)
采用A方案实验33
采用B方案实验32
分析与论证:请根据测量结果回答下列问题.
(1)采用A方案实验
①降落伞从30楼下落到15楼的平均速度是多少?V1=________m/s
②降落伞从15楼下落到地面的平均速度是多少?V2=________m/s
③比较降落伞通过这两段路程的速度,你能得出什么结论?为什么会有这种结论?
(2)采用B方案实验
①降落伞从30楼下落到15楼的平均速度是多少?V1=________m/s
②降落伞从15楼下落到地面的平均速度是多少?V2=________m/s
③比较降落伞通过这两段路程的速度,你能得出什么结论?为什么会有这种结论?
评估:比较A、B两种实验方案,简单回答问题:
(3)如果降落伞下落速度不变,采用这两种方案得到的结论相同吗?为什么?
(4)如果降落伞下落越来越快,采用这两种方案得到的结论相同吗?为什么?
(5)探究降落伞下落速度是否变化,在前面的A、B两种实验方案中,你认为应该采用哪种方案更好些?为什么?

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科目:初中物理 来源:2006-2007学年重庆市北碚区三圣中学八年级(上)期末物理试卷(解析版) 题型:解答题

探究速度的变化
提出问题:某校八年级科技小组制作了一种降落伞,这种降落伞在降落过程中速度是否发生变化?
猜想与假设:①降落过程中速度可能不发生变化(作匀速运动)
②降落过程中速度可能越来越快(作变速运动)
制定计划与设计实验:同学们准备从高楼阳台上向下释放降落伞,通过测定降落伞的下落时间来探究降落伞的速度是否发生变化.通过讨论,提出了两种实验方案.(如图是实验示意图)
①方案A:采用两次放伞的方法,具体步骤为:先让降落伞从30楼(从地面上升30层)阳台下落到15楼阳台,测量从30楼阳台下落到15楼阳台所用的时间;然后让降落伞从15楼阳台下落到地面,测量从15楼阳台下落到地面所用的时间;最后计算并比较降落伞通过这两段路程的速度.
②方案B:采用一次放伞的方法,具体步骤为:让降落伞从30楼阳台下落到地面,分别测量其通过15楼阳台、到达地面的时间,最后计算并比较降落伞通过这两段路程的速度.
进行实验与收集证据:分别采用A、B两种方案进行测量:
设降落伞从30楼下落到15楼所用的时间为t1,降落伞从15楼下落到地面的时间为t2.测得30楼阳台到地面的高度为90m,15楼阳台到地面的高度为45m,测出降落伞下落的时间已经记录在下表中.
下落时间t1(s)t2(s)
采用A方案实验33
采用B方案实验32
分析与论证:请根据测量结果回答下列问题.
(1)采用A方案实验
①降落伞从30楼下落到15楼的平均速度是多少?V1=______m/s
②降落伞从15楼下落到地面的平均速度是多少?V2=______m/s
③比较降落伞通过这两段路程的速度,你能得出什么结论?为什么会有这种结论?
(2)采用B方案实验
①降落伞从30楼下落到15楼的平均速度是多少?V1=______m/s
②降落伞从15楼下落到地面的平均速度是多少?V2=______m/s
③比较降落伞通过这两段路程的速度,你能得出什么结论?为什么会有这种结论?
评估:比较A、B两种实验方案,简单回答问题:
(3)如果降落伞下落速度不变,采用这两种方案得到的结论相同吗?为什么?
(4)如果降落伞下落越来越快,采用这两种方案得到的结论相同吗?为什么?
(5)探究降落伞下落速度是否变化,在前面的A、B两种实验方案中,你认为应该采用哪种方案更好些?为什么?

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