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随着沉船“南澳一号”的发掘,海上丝绸之路逐渐引起了越来越多人的重视,这一条从汉朝就开始连通中国和世界的海上之路,在沉寂了几百年之后,再一次出现在世人面前.下图是水上打捞船起吊装置结构示意简图.某次打捞作业中,潜水员潜入水下9米深度将沉没于水下深处的货物固定,利用起吊装置打捞出水面,假设该货箱密封且体积为5m3,质量是20t.
(1)货箱完全浸没在水中时受到的压强和浮力是多少?
(2)货箱完全出水后,又被匀速吊起1m,已知此时钢缆拉力F为1×105N,则在此过程中拉力F所做的功是多少?起吊装置的滑轮组机械效率是多少?
(3)若货箱从刚露出水面到完全出水的过程中是被匀速提升的,请分析在此过程中,货箱所受浮力和滑轮组机械效率的变化情况.(水的密度为1.0×103 kg/m3

【答案】分析:(1)货箱浸没在水中受到的压强,用公式P=ρgh计算;货箱受到的浮力用公式FgV计算,液体密度ρ已知,需要确定排开液体的体积V;
(2)拉力做的功用公式W=Fs计算,已知拉力F,需要知道钢缆拉起的距离S,物体上升1m,钢缆拉起的距离由承担货箱重的绳子段数决定;
已知货箱质量m可以得到物重G,利用公式W有用=Gh,计算出有用功;拉力做的功已经求出,用公式η=就能计算机械效率;
(3)物体在液体中受到的浮力,与液体的密度和物体排开液体的体积有关,判断物体所受浮力的变化,需要分析液体密度和排开液体体积是否变化;滑轮组机械效率的大小与机械重和提起的物重有关,在机械重一定时,机械效率的大小决定于物重的大小.
解答:解:(1)货箱完全浸没在水中时受到的压强为P=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×9m=9×104Pa
货箱完全浸没时受到的浮力为FgV=1.0×103kg/m3×10N/kg×5m3=5×104N
(2)由图知,承担物重的绳子有4段
所以钢缆拉起的距离为S=4h=4×1m=4m
拉力做的功为W=Fs=1×105N×4m=4×105J
货箱重力为G=mg=20×103kg×10N/kg=2×105N
克服重力做的功为W有用=Gh=2×105N×1m=2×105J
滑轮组的机械效率为η===50%
(3)货箱刚露出水到完全出水的过程中,排开水的体积逐渐减小,由公式FgV知,水的密度ρ一定,货箱排开水的体积V减小,所以物体所受浮力逐渐减小;货箱刚露出水到完全出水的过程中,浮力减小,相当于物重增加,在机械重一定时,有用功在增大,机械效率在增大.
答:(1)货箱完全浸没在水中时受到的压强为9×104Pa,浮力是5×104N;
(2)滑轮组机械效率是50%;
(3)浮力减小,机械效率增大.
点评:滑轮组问题,确定承担物重的绳子的段数是得出正确答案的第一步.
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科目:初中物理 来源: 题型:

(2010?丽江)2010年5月,在广东汕头南澳岛海域的“南澳一号”明代古沉船大规模打捞行动中,一筐筐青花瓷器不断随着吊臂缓慢上升,在露出水面之前,青花瓷器受到的浮力
不变
不变
(选填“变大”、“不变”或“变小”).青花瓷器受到海水的压强
变小
变小
(选填“变大”、“不变”或“变小”);打捞时,广东汕头边防支队实施安全警卫,一艘边防巡逻艇和两艘摩托艇负责海上警戒,及时劝阻不明船只,以免影响打捞工作,两艘摩托艇不采用近距离“并排”行驶,这是因为流体流速大的地方压强
(选填“大”或“小”),以免发生相撞事故.

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不变
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(选填“变大”、“不变”或“变小”).青花瓷器受到海水的压强
变小
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