教科版八年級(jí)下學(xué)期物理 專項(xiàng)綜合全練（三） 簡(jiǎn)單機(jī)械與浮力綜合

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1、 教科版八下物理 專項(xiàng)綜合全練（三） 簡(jiǎn)單機(jī)械與浮力綜合 1. 重慶電視臺(tái)科教頻道播出了“汽車落水后如何水下逃生”的紀(jì)錄片。紀(jì)錄片中，實(shí)驗(yàn)人員開著轎車從高處落入滾滾的長(zhǎng)江，并在門窗關(guān)閉的車中，嘗試用不同的方法砸碎車窗玻璃逃生，驚心動(dòng)魄。為了確保實(shí)驗(yàn)人員的安全，攝制組精心設(shè)計(jì)了緊急救援裝置，用于當(dāng)實(shí)驗(yàn)人員無法從車中逃生時(shí)迅速吊起轎車。小趙同學(xué)對(duì)此很感興趣并設(shè)計(jì)了如圖所示的簡(jiǎn)單機(jī)械，模擬緊急救援落水汽車。實(shí)驗(yàn)中用實(shí)心物體 M 代替汽車，打撈過程中物體 M 浸沒在水中勻速上升的速度為 0.1?m/s，此時(shí)小趙做功的功率為 180?W；當(dāng)物體被打撈出水面后，小趙對(duì)繩子施加最大的拉力，恰好能

2、使物體繼續(xù)按原速度勻速上升。已知：小趙的質(zhì)量為 60?kg，物體 M 的密度為 2.5×103?kg/m3。（g 取 10?N/kg，設(shè)整個(gè)過程 M 均為勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，忽略繩重及滑輪的摩擦，不考慮風(fēng)浪、水流阻力等因素的影響）求： (1) 物體 M 的重力 GM。 (2) 動(dòng)滑輪的重力 G動(dòng)。 (3) 物體 M 離開水面后，滑輪組的機(jī)械效率 η。 2. 如圖是液壓汽車起重機(jī)從水中打撈重物的示意圖。A 是動(dòng)滑輪，B 是定滑輪，C 是卷揚(yáng)機(jī)，D 是油缸，E 是柱塞。作用在動(dòng)滑輪上共三股鋼絲繩，卷揚(yáng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使鋼絲繩帶動(dòng)動(dòng)滑輪上升提升重物，被打撈的重物體積 V=0.5?m3。若在本次

3、打撈前起重機(jī)對(duì)地面的壓強(qiáng) p1=2.0×107?Pa，當(dāng)重物浸沒在水中勻速上升時(shí)起重機(jī)對(duì)地面的壓強(qiáng) p2=2.375×107?Pa，重物完全出水后起重機(jī)對(duì)地面的壓強(qiáng) p3=2.5×107?Pa。假設(shè)起重時(shí)柱塞沿豎直方向，重物浸沒在水中、完全出水后柱塞對(duì)吊臂的支撐力分別為 N1 和 N2，N1 與 N2 之比為 19:24。重物完全出水后上升的速度 v=0.45?m/s。吊臂、定滑輪、鋼絲繩的重力以及滑輪的摩擦不計(jì)。（g 取 10?N/kg）求： (1) 被打撈重物的重力； (2) 被打撈的重物浸沒在水中上升時(shí)，A 、 B 組成的滑輪組的機(jī)械效率； (3) 重物完全出水后，卷揚(yáng)機(jī)

4、牽引力的功率。 3. 如圖所示，工人將一底面積為 0.06?m2，高為 2?m，密度為 2.0×103?kg/m3 的圓柱形實(shí)心物體從水下勻速提升 1?m，不計(jì)繩重及摩擦，g 取 10?N/kg。 (1) 求物體受到的重力。 (2) 求當(dāng)物體未露出水面時(shí)，物體受到的浮力。 (3) 當(dāng)物體未露出水面時(shí)，若工人對(duì)繩的拉力為 400?N，使物體勻速上升，求此裝置的機(jī)械效率。 答案 1. 【答案】 (1) 1500?N (2) 900?N (3) 62.5% 【解析】 (1) 由題圖可知 n=4，則 v=4vM=4×0.1?m/s=0.4?

5、m/s 由 P=Fv 得，物體 M 浸沒在水中時(shí)，人對(duì)繩的拉力 FT=Pv=180?W0.4?m/s=450?N 對(duì)物體 M 和動(dòng)滑輪整體進(jìn)行受力分析 物體 M 浸沒在水中勻速上升時(shí)，如圖甲所示。 物體 M 全部露出水面勻速上升時(shí)，如圖乙所示。 因?yàn)椴挥?jì)繩重、滑輪的摩擦，不考慮風(fēng)浪、水流阻力等因素的影響 所以當(dāng)物體浸沒在水中勻速上升時(shí)，由受力平衡得 GM+G動(dòng)=F浮+4FT???① 當(dāng)物體全部露出水面勻速上升時(shí)，由受力平衡得 GM+G動(dòng)=4F最大???② 當(dāng)物體被打撈出水面后，人對(duì)繩子施加最大的拉力， F最大=G人=m人g=60?kg×10?N/kg=6

6、00?N???③ 由①②③式解得 F浮=4F最大?4FT=4×600?N?4×450?N=600?N 由 F浮=ρ水gVM 得 物體 M 的體積為 VM=F浮ρ水g=600?N1×103?kg/m3×10?N/kg=0.06?m3 物體 M 受到的重力 GM=ρMgVM=2.5×103?kg/m3×10?N/kg×0.06?m3=1500?N???④ (2) 由②③④式得 動(dòng)滑輪受到的重力 G動(dòng)=4F最大?GM=4×600?N?1500?N=900?N (3) 物體 M 離開水面后，滑輪組的機(jī)械效率 η=W有用W總×100%=GMGM+G動(dòng)×

7、100% =1500?N1500?N+900?N×100%=62.5%。 2. 【答案】 (1) 2.0×104?N (2) 78.9% (3) 1.08×104?W 【解析】 (1) 設(shè)起重機(jī)重為 G，被打撈重物重力為 G物； 打撈重物前，F(xiàn)壓1=G=p1S 重物浸沒在水中勻速上升時(shí)，F(xiàn)拉=G物?F浮 起重機(jī)對(duì)地面的壓力 F壓2=G+F拉=p2S F浮=ρ水gV排=1.0×103?kg/m3×10?N/kg×0.5?m3=0.5×104?N 重物完全出水后，起重機(jī)對(duì)地面的壓力 F壓3=G+G物=p3S，F(xiàn)拉=(p2?p1)S；G物=

8、(p3?p1)S F拉G物=p2?p1p3?p1=2.375×107?Pa?2.0×107?Pa2.5×107?Pa?2.0×107?Pa=34 可得重物重力為 G物=4F浮=2.0×104?N。 (2) 設(shè)鋼絲繩上的力在重物浸沒在水中、完全出水后分別為 F1 、 F2，柱塞對(duì)吊臂的力的力臂為 L1，鋼絲繩對(duì)吊臂的力的力臂為 L2，根據(jù)杠桿平衡條件可知，N1L1=3F1L2，N2L1=3F2L2， 所以 F1F2=N1N2=1924，而 F1=13(G物?F浮+G動(dòng)) F2=13(G物+G動(dòng))， 則 F1F2=G物?F浮+G動(dòng)G物+G動(dòng)=1924 將數(shù)據(jù)代入得，G動(dòng)

9、=0.4×104?N 重物浸沒在水中上升時(shí)，A 、 B 組成的滑輪組的機(jī)械效率 η=W有W總×100%=(G物?F浮)h(G物?F浮+G動(dòng))h×100%=G物?F浮G物?F浮+G動(dòng)×100%= 2×104?N?0.5×104?N2×104?N?0.5×104?N+0.4×104?N×100%≈78.9%。 (3) 重物完全出水后，鋼絲繩上的力 F2=G物+G動(dòng)3=0.8×104?N 重物上升的速度為 v，則卷揚(yáng)機(jī)拉動(dòng)鋼絲繩的速度 v?=3v=3×0.45?m/s=1.35?m/s 牽引力的功率為 P=F2v?=0.8×104?N×1.35?m/s=1.08×104?W。

10、 3. 【答案】 (1) 2.4×103?N (2) 1.2×103?N (3) 75% 【解析】 (1) 物體體積 V=Sh=0.06?m2×2?m=0.12?m3， 物體受到的重力 G=mg=ρ物Vg=2.0×103?kg/m3×0.12?m3×10?N/kg=2.4×103?N； (2) 當(dāng)物體未露出水面時(shí)，V排=V=0.12?m3， 物體受到的浮力 F浮=ρ水gV排=1.0×103?kg/m3×10?N/kg×0.12?m3=1.2×103?N； (3) 此裝置的機(jī)械效率 η=W有W總×100%=(G?F浮)hFs×100%=(G?F浮)hF×4h×100%=G?F浮4F×100%=2.4×103?N?1.2×103?N4×400?N×100%=75%.