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

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1、 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 0.1 m/s，此时小赵做功的功率为 180 W；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

2、使物体继续按原速度匀速上升。已知：小赵的质量为 60 kg，物体 M 的密度为 2.5×103 kg/m3。（g 取 10 N/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 η。 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=0.5 m3。若在本次

3、打捞前起重机对地面的压强 p1=2.0×107 Pa，当重物浸没在水中匀速上升时起重机对地面的压强 p2=2.375×107 Pa，重物完全出水后起重机对地面的压强 p3=2.5×107 Pa。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=0.45 m/s。吊臂、定滑轮、钢丝绳的重力以及滑轮的摩擦不计。（g 取 10 N/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

4、牵引力的功率。 3. 如图所示，工人将一底面积为 0.06 m2，高为 2 m，密度为 2.0×103 kg/m3 的圆柱形实心物体从水下匀速提升 1 m，不计绳重及摩擦，g 取 10 N/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 400 N，使物体匀速上升，求此装置的机械效率。 答案 1. 【答案】 (1) 1500 N (2) 900 N (3) 62.5% 【解析】 (1) 由题图可知 n=4，则 v=4vM=4×0.1 m/s=0.4 

5、m/s 由 P=Fv 得，物体 M 浸没在水中时，人对绳的拉力 FT=Pv=180 W0.4 m/s=450 N 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 ⋯⋯① 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 ⋯⋯② 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=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 物体 M 的体积为 VM=F浮ρ水g=600 N1×103 kg/m3×10 N/kg=0.06 m3 物体 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 动滑轮受到的重力 G动=4F最大−GM=4×600 N−1500 N=900 N (3) 物体 M 离开水面后，滑轮组的机械效率 η=W有用W总×100%=GMGM+G动×

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) 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=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，起重机对地面的压力 F压3=G+G物=p3S，F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 可得重物重力为 G物=4F浮=2.0×104 N。 (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

9、=0.4×104 N 重物浸没在水中上升时，A 、 B 组成的滑轮组的机械效率 η=W有W总×100%=(G物−F浮)h(G物−F浮+G动)h×100%=G物−F浮G物−F浮+G动×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，钢丝绳上的力 F2=G物+G动3=0.8×104 N 重物上升的速度为 v，则卷扬机拉动钢丝绳的速度 vʹ=3v=3×0.45 m/s=1.35 m/s 牵引力的功率为 P=F2vʹ=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) 物体体积 V=Sh=0.06 m2×2 m=0.12 m3， 物体受到的重力 G=mg=ρ物Vg=2.0×103 kg/m3×0.12 m3×10 N/kg=2.4×103 N； (2) 当物体未露出水面时，V排=V=0.12 m3， 物体受到的浮力 F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.12 m3=1.2×103 N； (3) 此装置的机械效率 η=W有W总×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%.