教科版八年级下学期物理 专项综合全练（三） 简单机械与浮力综合

教科版八下物理 专项综合全练（三） 简单机械与浮力综合1. 重庆电视台科教频道播出了“汽车落水后如何水下逃生”的纪录片。纪录片中，实验人员开着轿车从高处落入滚滚的长江，并在门窗关闭的车中，尝试用不同的方法砸碎车窗玻璃逃生，惊心动魄。为了确保实验人员的安全，摄制组精心设计了紧急救援装置，用于当实验人员无法从车中逃生时迅速吊起轿车。小赵同学对此很感兴趣并设计了如图所示的简单机械，模拟紧急救援落水汽车。实验中用实心物体 M 代替汽车，打捞过程中物体 M 浸没在水中匀速上升的速度为 0.1m/s，此时小赵做功的功率为 180W；当物体被打捞出水面后，小赵对绳子施加最大的拉力，恰好能使物体继续按原速度匀速上升。已知：小赵的质量为 60kg，物体 M 的密度为 2.5103kg/m3。（g 取 10N/kg，设整个过程 M 均为匀速运动状态，忽略绳重及滑轮的摩擦，不考虑风浪、水流阻力等因素的影响）求：(1) 物体 M 的重力 GM。(2) 动滑轮的重力 G动。(3) 物体 M 离开水面后，滑轮组的机械效率 。2. 如图是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。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升重物，被打捞的重物体积 V=0.5m3。若在本次打捞前起重机对地面的压强 p1=2.0107Pa，当重物浸没在水中匀速上升时起重机对地面的压强 p2=2.375107Pa，重物完全出水后起重机对地面的压强 p3=2.5107Pa。假设起重时柱塞沿竖直方向，重物浸没在水中、完全出水后柱塞对吊臂的支撑力分别为 N1 和 N2，N1 与 N2 之比为 19:24。重物完全出水后上升的速度 v=0.45m/s。吊臂、定滑轮、钢丝绳的重力以及滑轮的摩擦不计。（g 取 10N/kg）求：(1) 被打捞重物的重力；(2) 被打捞的重物浸没在水中上升时，A 、 B 组成的滑轮组的机械效率；(3) 重物完全出水后，卷扬机牵引力的功率。3. 如图所示，工人将一底面积为 0.06m2，高为 2m，密度为 2.0103kg/m3 的圆柱形实心物体从水下匀速提升 1m，不计绳重及摩擦，g 取 10N/kg。(1) 求物体受到的重力。(2) 求当物体未露出水面时，物体受到的浮力。(3) 当物体未露出水面时，若工人对绳的拉力为 400N，使物体匀速上升，求此装置的机械效率。答案1. 【答案】(1) 1500N (2) 900N (3) 62.5% 【解析】(1) 由题图可知 n=4，则 v=4vM=40.1m/s=0.4m/s 由 P=Fv 得，物体 M 浸没在水中时，人对绳的拉力 FT=Pv=180W0.4m/s=450N 对物体 M 和动滑轮整体进行受力分析物体 M 浸没在水中匀速上升时，如图甲所示。物体 M 全部露出水面匀速上升时，如图乙所示。因为不计绳重、滑轮的摩擦，不考虑风浪、水流阻力等因素的影响所以当物体浸没在水中匀速上升时，由受力平衡得 GM+G动=F浮+4FT 当物体全部露出水面匀速上升时，由受力平衡得 GM+G动=4F最大 当物体被打捞出水面后，人对绳子施加最大的拉力， F最大=G人=m人g=60kg10N/kg=600N 由式解得 F浮=4F最大4FT=4600N4450N=600N 由 F浮=水gVM 得物体 M 的体积为 VM=F浮水g=600N1103kg/m310N/kg=0.06m3 物体 M 受到的重力 GM=MgVM=2.5103kg/m310N/kg0.06m3=1500N (2) 由式得动滑轮受到的重力 G动=4F最大GM=4600N1500N=900N (3) 物体 M 离开水面后，滑轮组的机械效率 =W有用W总100%=GMGM+G动100% =1500N1500N+900N100%=62.5%。2. 【答案】(1) 2.0104N (2) 78.9% (3) 1.08104W 【解析】(1) 设起重机重为 G，被打捞重物重力为 G物；打捞重物前，F压1=G=p1S 重物浸没在水中匀速上升时，F拉=G物F浮 起重机对地面的压力 F压2=G+F拉=p2S F浮=水gV排=1.0103kg/m310N/kg0.5m3=0.5104N 重物完全出水后，起重机对地面的压力 F压3=G+G物=p3S，F拉=(p2p1)S；G物=(p3p1)S F拉G物=p2p1p3p1=2.375107Pa2.0107Pa2.5107Pa2.0107Pa=34 可得重物重力为 G物=4F浮=2.0104N。(2) 设钢丝绳上的力在重物浸没在水中、完全出水后分别为 F1 、 F2，柱塞对吊臂的力的力臂为 L1，钢丝绳对吊臂的力的力臂为 L2，根据杠杆平衡条件可知，N1L1=3F1L2，N2L1=3F2L2，所以 F1F2=N1N2=1924，而 F1=13(G物F浮+G动) F2=13(G物+G动)，则 F1F2=G物F浮+G动G物+G动=1924 将数据代入得，G动=0.4104N 重物浸没在水中上升时，A 、 B 组成的滑轮组的机械效率 =W有W总100%=(G物F浮)h(G物F浮+G动)h100%=G物F浮G物F浮+G动100%=2104N0.5104N2104N0.5104N+0.4104N100%78.9%。(3) 重物完全出水后，钢丝绳上的力 F2=G物+G动3=0.8104N 重物上升的速度为 v，则卷扬机拉动钢丝绳的速度 v=3v=30.45m/s=1.35m/s 牵引力的功率为 P=F2v=0.8104N1.35m/s=1.08104W。3. 【答案】(1) 2.4103N (2) 1.2103N (3) 75% 【解析】(1) 物体体积 V=Sh=0.06m22m=0.12m3，物体受到的重力 G=mg=物Vg=2.0103kg/m30.12m310N/kg=2.4103N；(2) 当物体未露出水面时，V排=V=0.12m3，物体受到的浮力 F浮=水gV排=1.0103kg/m310N/kg0.12m3=1.2103N；(3) 此装置的机械效率 =W有W总100%=(GF浮)hFs100%=(GF浮)hF4h100%=GF浮4F100%=2.4103N1.2103N4400N100%=75%.