试题

题目:
青果学院(2011·海淀区二模)如图是利用液压汽车起重机从水中打捞重物的示意图.A是动滑轮,B是定滑轮,C是卷扬机,D是油缸,E是柱塞,吊臂OB始终处于水平状态.作用在动滑轮上共三股钢丝绳,卷扬机转动使钢丝绳带动动滑轮上升提起重物.当重物在水中匀速上升时起重机对地面的压力为F1,柱塞E对吊臂的支撑力为N1,滑轮组的机械效率为η1;重物被完全提出水面后匀速上升时起重机对地面的压力为F2,柱塞E对吊臂的支撑力为N2,滑轮组的机械效率为η2.已知动滑轮A的质量mA为250kg,重物被拉出水面后上升的速度v为0.2m/s,F1 为1.2×105N,F2为1.5×105N,N1:N2=13:25.若吊臂、定滑轮、钢丝绳的重以及机械摩擦不计,g取10N/kg,求:
(1)被打捞的重物浸没在水中时受到的浮力F的大小;
(2)滑轮组的机械效率η1与η2之比;
(3)被打捞的重物完全提出水面后,卷扬机牵引力的功率.
答案
解:(1)以液压汽车起重机和被提升的重物为研究对象,重物在水中匀速上升时,受力分析如图1所示,重物被完全提出水面匀速上升时,受力分析如图2所示.
青果学院
F1′+F=G0+G,------①
F2′=G0+G,------------②
F1=F1′,F2=F2
由①②解得:F=F2-F1=1.5×105N-1.2×105N=3×104N;
(2)以动滑轮A和被提升的重物为研究对象,被提升的重物在水中匀速上升时,受力分析如图3所示,被提升的重物被拉出水面后匀速上升时,受力分析如图4所示.
3T1=GA+G-F,----------③
3T2=GA+G,---------------④
得:
3T1
3T2
=
GA+G-F
GA+G

以杠杆BFO为研究对象,两个状态的受力分析如图5和图6所示.
3T′1×BO=N1×FO,-------------⑤
3T′2×BO=N2×FO,-----------⑥
T1=T′1,T2=T′2
青果学院
得:
3T′1
3T′2
=
3T1
3T2
=
N1
N2
=
13
25

所以:
3T1
3T2
=
GA+G-F
GA+G
=
13
25
2.5×103N+G-3×104N
2.5×103N+G
=
13
25

解得:G=6×104N;
η1=
W有1
W总1
=
(G-F)h
T1S
=
G-F
3T1
----------------⑦
η2=
W有2
W总2
=
Gh
T2S
=
G
3T2
-------------------⑧
得:
η1
η2
=
G-F
3T1
×
3T2
G
=
104N-3×104N
104N
×
25
13
=
25
26

(3)重物被拉出水面后,卷扬机牵引力的功率:
P=T2×3v=
GA+G
3
×3v
=(GA+G)v=(2.5×103N+6×104N)×0.2m/s=1.25×104W.
答:(1)被打捞的重物浸没在水中时受到的浮力F的大小为3×104N;
(2)滑轮组的机械效率η1与η2之比25:26;
(3)被打捞的重物完全提出水面后,卷扬机牵引力的功率为1.25×104W.
解:(1)以液压汽车起重机和被提升的重物为研究对象,重物在水中匀速上升时,受力分析如图1所示,重物被完全提出水面匀速上升时,受力分析如图2所示.
青果学院
F1′+F=G0+G,------①
F2′=G0+G,------------②
F1=F1′,F2=F2
由①②解得:F=F2-F1=1.5×105N-1.2×105N=3×104N;
(2)以动滑轮A和被提升的重物为研究对象,被提升的重物在水中匀速上升时,受力分析如图3所示,被提升的重物被拉出水面后匀速上升时,受力分析如图4所示.
3T1=GA+G-F,----------③
3T2=GA+G,---------------④
得:
3T1
3T2
=
GA+G-F
GA+G

以杠杆BFO为研究对象,两个状态的受力分析如图5和图6所示.
3T′1×BO=N1×FO,-------------⑤
3T′2×BO=N2×FO,-----------⑥
T1=T′1,T2=T′2
青果学院
得:
3T′1
3T′2
=
3T1
3T2
=
N1
N2
=
13
25

所以:
3T1
3T2
=
GA+G-F
GA+G
=
13
25
2.5×103N+G-3×104N
2.5×103N+G
=
13
25

解得:G=6×104N;
η1=
W有1
W总1
=
(G-F)h
T1S
=
G-F
3T1
----------------⑦
η2=
W有2
W总2
=
Gh
T2S
=
G
3T2
-------------------⑧
得:
η1
η2
=
G-F
3T1
×
3T2
G
=
104N-3×104N
104N
×
25
13
=
25
26

(3)重物被拉出水面后,卷扬机牵引力的功率:
P=T2×3v=
GA+G
3
×3v
=(GA+G)v=(2.5×103N+6×104N)×0.2m/s=1.25×104W.
答:(1)被打捞的重物浸没在水中时受到的浮力F的大小为3×104N;
(2)滑轮组的机械效率η1与η2之比25:26;
(3)被打捞的重物完全提出水面后,卷扬机牵引力的功率为1.25×104W.
考点梳理
浮力大小的计算;杠杆的平衡条件;滑轮(组)的机械效率;功率的计算.
(1)以液压汽车起重机和被提升的重物为研究对象,做出受力示意图,重物在水中匀速上升时,F1′+F=G0+G,F1=F1′;重物被完全提出水面匀速上升时,F2′=G0+G,F2=F2′,知道F1F2的大小,求重物浸没在水中时受到的浮力F的大小;
(2)以动滑轮A和被提升的重物为研究对象,做出受力示意图,被提升的重物在水中匀速上升时,3T1=GA+G-F;被提升的重物被拉出水面后匀速上升时,3T2=GA+G;以杠杆BFO为研究对象,可得:3T′1×BO=N1×FO,3T′2×BO=N2×FO,而T1=T′1,T2=T′2,求出G的大小;再利用效率公式求两种情况下的效率之比;
(3)利用P=Fv求重物离开水面后,卷扬机牵引力的功率.
本题为力学综合题,要求灵活选用公式计算,能画出受力示意图帮助分析题意是本题的关键.
计算题;压轴题;学科综合题.
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