八年级下册物理浮力、功、杠杆、滑轮综合训练

浮力、功、杠杆、滑轮综合练习1、如图是一种新型吊运设备的简化模型示意图，图中虚线框里是滑轮组（未画出），滑轮组绳子的自由端由电动机拉动。工人师傅用该吊运设备匀速打捞落入水中的圆柱形物体A。物体A的底面积为200cm2，高为8m。当物体A露出水面2m时，绳子用竖直向上T1的力拉物体A，电动机对滑轮组绳子自由端的拉力F1为2400N，,当物体A露出水面4m时，绳子用竖直向上T2的力拉物体A,，电动机对滑轮组绳子自由端的拉力为F2，机械效率为82%。拉力F2的功率为600w, 已知TI ：T2=39：41。不计绳的质量，不计滑轮与轴的摩擦。求：（1）此滑轮组匀速上升的速度V；（2）此滑轮组最高的机械效率。【解答】 解得: 2、建筑工地上，工人用如图7的装置将重为500N的建材从地面匀速送到6m高处，所用拉力为300N，时间为20s不计摩擦和绳重，求：（1）工人做的有用功；（2）工人做功的功率；（3）此过程中该装置的机械效率；（4）如果用这个滑轮组匀速提起400N的重物，需要用多大 的拉力？解： （1）W有Gh500N6m 3000J （2）PW/t 300N12m/20s 180W （3）Gh /Fs 3000J/(300N12m) 83.3% （4）由 F（G物G动）/n 300N（500NG动）/2 G动100N 当G物400N时 由上式可得：F250N3.如图10所示，要把一个质量是450kg的贵重物品A沿水平地面移动100m，为保护该物品，工人把它放在一个质量是50kg的木板B上，然后用了F=400N的水平拉力将木板B沿直线匀速拉动，直至终点。(提示：滑动摩擦力的大小与压力的大小成正比) (1)在匀速拉动B的过程中，A、B之间的摩擦力是多少? (2)计算拉力F做的总功是多少焦耳? (3)在拉力F做功的过程中，机械效率是多少?解：(1)0(2)W总=FS=400100=4104(J) (3)滑动摩擦力的大小与压力的大小成正比， =，即F有=F总=F总 =904、如图16甲所示装置中，物体甲重G甲150N，动滑轮重G轮50N，人重G人650N。轻杆AB可以绕O点转动，且OAOB59。不计轴摩擦和绳重，当轻杆AB在水平位置时，整个装置处于平衡状态，地面对物体乙的支持力为F1210N。求：物体乙受到的重力G乙。若用物体丙替换物体甲，并在物体乙的下方连接一个弹簧，如图乙所示，当轻杆AB在水平位置时，整个装置处于平衡状态，弹簧对物体乙的作用力为F2780N。求：此时地面对人的支持力F3。解：（1）杠杆两端受力如图1所示。根据杠杆平衡条件：FAFB(G轮2G甲)(50N2150N)630N 物体乙受力如图2所示。G乙FAF1630N210N840N （2）加入弹簧后，物体乙受力如图3所示。FAG乙F2840N780N1620N 根据杠杆平衡条件：FB FA 1620N900N 物体丙替代物体甲后，滑轮受力如图4所示。FB2G丙G轮G丙 (FBG轮)(900N50N)425N 人受力分析如图5所示。G丙F3G人F3G人G丙650N425N225N5、如图17是搬运工人用滑轮组将仓库中的货物沿水平轨道拉出的示意图。已知货物的质量为600kg，所受轨道的摩擦力为其重力的0.1倍，滑轮组的机械效率为75。若人以0.5m/s的速度匀速前行，经100s将货物拉出仓库，g取10N/kg,。求在此过程中：（1）人做的有用功为多大？（2）人的拉力为多大？ （3）人拉力的功率为多大？解：W有用fs物 代入数据得：W有用1.5104 J =100%=100% 代入数据得： F=400N P=或PFv 代入数据得：P=200W6、如图18所示，质量为70kg的工人站在水平地面上，用带有货箱的滑轮组把货物运到高处。第一次运送货物时，放入货箱的货物质量为160kg，工人用力F1匀速拉绳的功率为P1，货箱以0.1ms的速度匀速上升，地面对工人的支持力为N1。第二次运送货物时，放入货箱的货物质量为120kg，工人用力F2匀速拉绳，货箱以0.2ms的速度匀速上升，地面对工人的支持力为N2，滑轮组机械效率为2。N1与N2之比为1519。（不计绳重及滑轮摩擦，g取l0Nkg）求：（1）货箱和动滑轮的总质量m；（2）功率P1；（3）机械效率2。解：（1）动滑轮和货箱总重为G；第一次提升货物：以人为研究对象，受力分析如图（甲）人所受的重力为G人=m人g=70kg10N/kg=700N运送的货物所受的重力为G1=m1g=160kg10N/kg=1600N绳对人的拉力F1与人对绳的拉力F1大小相等 N1=G人F1 第二次提升货物：以人为研究对象，受力分析如图（乙）运送的货物所受的重力为G2=m2g=120kg10N/kg=1200N绳对人的拉力F2与人对绳的拉力F2大小相等N2=G人F2 把数据分别代入解得：G=400N F1=400N （2）第一次运送货物时，人匀速拉绳的力F1= F1=400N货物匀速上升的速度v1=0.1m/s人匀速拉绳的速度v1=5 v1=50.1m/s=0.5m/sP1=F1 v1=400N0.5m/s=200W （3）第二次运送货物时滑轮组的机械效率 7、如图19所示，一个质量60kg，底面积为0.1m2物块，通过滑轮组在25N拉力作用下作匀速直线运动。已知物块受到的滑动摩擦力为物重的0.1倍。(g取10N/kg )。求：（1）在图上作出物体对水平地面压力的示意图；（2）物体的重力是多少？（3）物体静止时对水平地面的压强是多少？（4）该滑轮组的机械效率是多少？解：(1)图略 (2)G=mg=60 kg10Nkg=600 N (3)F=G=600N P=6103 Pa(4)f=0.1G=0.1600 N 8、在水井清淤工程中，工人用如图24所示的装置来起吊井底的一块石头。如果石头的重力是500N，体积是0.02m3。（1）此装置_（选填“能”或“不能”）省力，其带来的好处是_。（2）请通过计算说明，当石头浸没在水中时和完全离开水面后，要把石头匀速吊起，工人分别需要多大的拉力。注：不计摩擦、水的阻力和绳的重力等。答：（1）不能 改变力的方向（2）解：石头浸没于水中时受到的浮力：F浮=G排=水gV排=1.0103kg/m310N/kg0.02m3=200N石头在水中时受到重力、浮力和拉力：F拉=G- F浮=500N-200N=300N石头完全离开水面后受重力和拉力：F拉=G=500N9、如图25是利用电子称显示水库水位装置的示意图。该装置主要由不计重力的滑轮C、D，长方体物体A、B以及轻质杠杆MN组成：物块A通过细绳与滑轮C相连，物块B通过细绳与杠杆相连。杠杆可以绕支点O在竖直平面内转动，杠杆始终在水平位置平衡，且MOON=12。已知物块A的密度为1.5103kg/m3，底面积为0.04m2，高1m，物块B的重力为100N。滑轮与转轴的摩擦、杠杆与轴的摩擦均忽略不计，g取10N/kg。求：（1）当物块A的顶部刚没入水面时，底部受到水的压强大小；（2）当物块A的顶部刚没入水面时，物块A所受的拉力大小；（3）若水位发生变化，当电子称的示数为55N时，求物块A浸入水中的深度。解：（1）P=水gh=1.0103kg/m310N/kg1m=1.0104Pa （2）VA=Sh=0.04m21m=0.04m3 mA=AVA=1.5103kg/m30.04m3=60kgGA=mAg=60kg10N/kg=600N由于物块A浸没入水，则有V排=VA F浮=水gV排=1.0103kg/m310N/kg0.04m3=400N 当物块A的顶部刚没入水面时，物块A所受的拉力F= GA- F浮=600N-400N=200N（3）当电子称的示数为55N时，绳子对物块B的拉力为FB=100N-55N=45N根据杠杆平衡条件：F1L1=F2L2，即FBON=FDMO，可得 根据图可知吊起动滑轮的绳子股数n=4，所以有，根据F浮=水gV排得物块A浸入水中的深度 10、某中学“STS”课题小组到某工厂的锅炉车间进行实践活动，重点研究锅炉供水自动控制装置方面的问题，如图15为冷水自控位置，小水箱与锅炉相连，当杠杆呈水平状态时，浮球受到2.5N竖直向上的浮力，塞子B刚好顶住自来水的进口。已知OC25cm。OD1cm，塞子B横截面积为1cm2，由此算出自来水对塞子B的压强为多大？解：根据杠杆平衡条件FDOD=FCOC FD=(FCOC)/OD=(2.5N25cm)/1cm=62.5N FB=FD P水PB=FB/S=62.5N/110-4m26.25105Pa 11、某学校组织学生到某厂的锅炉车间进行实践活动.活动中锅炉技术师傅介绍了锅炉的一些配套设备及工作原理,下面就一些设备的设计用我们所学的知识给予计算或说明. (1)图28甲为锅炉保险阀,安全压强值P=1.2105Pa,当蒸汽压力超过安全值时,圆柱体铁锤A被顶起,排出部分蒸汽.已知A的底面积S=10cm2,则铁锤质量不能超过多少?(p外=1.0105Pa) (2)图28乙为锅炉的冷水自控装置,小水箱与锅炉相连,它们组成了一个连通器.浮球C和活塞B及连杆OC组成了一个杠杆来控制进水管的水的流出.当杠杆呈水平状态时,浮球一半的体积浸入水中,塞子B刚好顶住自来水进口.已知浮球体积为500cm3,OC=25cm,OD=1cm,塞子B横截面积为1cm2,由此算出进水管压强为多大?(不计杠杆、塞子、浮球的质量,g=10N/kg) (3)小水箱中的杠杆若以浮球受到的浮力为动力,则此杠杆是省力还是费力?若不用此杠杆,在进水管的水压不变的情况下,直接用浮球将活塞顶住,则活塞的体积至少为多大?解：(1)p内-p外=F/S=G/S=mg/S所以:m=2kg(2)F浮OC=F压ODF压=62.5Np压=F压/S=6.25105Pa(3)省力杠杆;F浮=F压=水gVV=6250cm3. 12、如图29所示，重物A是体积为10dm3，密度为7.9103kg/m3的实心金属块，将它完全浸没在水中，始终未提出水面。若不计磨擦和动滑轮重，要保持平衡，求：（1）拉力F是多少？（2）拉力F做功多少？（3）滑轮的机械效率是多少？ 解：（1）GVg7.9103kg/m310-2m310N/kg790NF浮水V排g1.0103kg/m310-2m310N/kg100N（2）WFs345N4m1380J（3） 13、图30是小亮为村里的养牛场设计的牲畜自动饮水器的示意图，设计储水箱A的蓄水深度为0.5m，阀门K处出水口的横截面积为6104m2，支点O到浮球球心的距离为O到B点距离的2倍，要求浮球浸入水中1/3时杠杆水平，K处的活塞即能将出水口关闭。(g取10Nkg)(1)若不考虑活塞、杆KB、OC及浮球的重力，小亮选用浮球的体积应为多大?(2)实际上活塞、杆及浮球的重力是需要考虑的，若考虑它们的重力，你认为采取哪些措施可保证饮水器正常工作?(答出一种措施即可) 解：(1)活塞关闭出水口时,活塞上承受水的压强p=gh活塞关闭出水口时,活塞上承受水的压力F=pS=ghS设浮球的体积为V，则排水体积V排=由阿基米德原理浮球受的浮力F浮=g V排=g由杠杆平衡条件,活塞关闭出水口时有FOB=F浮2OB即ghSOB=g2OB浮球的体积应为V=4.510-4m3(2)增大浮球体积或使杠杆BC段比OB段更长一些。31、如图31所示，一正方体合金块M的边长为20cm，把它挂在以O为支点的轻质杠杆的A点处，一个重为640N的人在杠杆的B点通过定滑轮用力F1使杠杆在水平位置平衡，此时M对水平地面的压强为1.1104Pa，人对水平地面的压强为1.45104Pa；若把M浸没于水中(M与容器底不接触)，人用力F2仍使杠杆在水平位置平衡，此时人对地面的压强为1.15104Pa；已知人单独站在水平地面上，对地面的压强为1.6104Pa（g取10N/kg）求： (1)力F1的大小； (2)合金块M的密度； (3)当M浸没于水中时，若剪断细绳，合金块M沉于容器底，则M对容器底的压强为多大解：(1)P人=S=0.04m2