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最近十年初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽題分類(lèi)解析專(zhuān)題12--簡(jiǎn)單機(jī)械
一、選擇題
1. (2013全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽預(yù)賽題)某次刮大風(fēng)時(shí)把一棵大樹(shù)吹倒了,需要兩個(gè)工人把它扶起,工人們想到了如圖l2所示的四種方案,每個(gè)人所需拉力最小的方案是 ( )
1.答案:B
解析:根據(jù)滑輪知識(shí),AB圖繩中拉力為二人拉力之和,且拉樹(shù)的力為兩根繩中的拉力。根據(jù)杠桿知識(shí),B圖在動(dòng)力臂大,所以每個(gè)人所需拉力最小的方案是B。
2.(2010全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽題).圖5是環(huán)衛(wèi)工人用的一種垃圾夾的結(jié)構(gòu)示意圖。拉繩的一端固定在手把上,另一端穿過(guò)空心管桿與兩夾爪的一端相連。當(dāng)用力捏手把時(shí),夾爪在拉繩的作用下可夾持物體,同時(shí)彈簧被壓縮;當(dāng)松開(kāi)手把時(shí),夾爪在彈簧的作用下恢復(fù)原狀。在使用過(guò)程中,手把和夾爪分別是 ( )
A.省力杠桿,費(fèi)力杠桿
B.費(fèi)力杠桿,省力杠桿
C省力杠桿,省力杠桿
D.費(fèi)力杠桿,費(fèi)力杠桿
. 答案:A解析:手把動(dòng)力臂大于阻力臂,是省力杠桿,夾爪動(dòng)力臂小于阻力臂,是費(fèi)力杠桿。
3.(2010全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽題).體操、投擲、攀巖等體育運(yùn)動(dòng)都不能缺少的“鎂粉”,它的學(xué)名是碳酸鎂。體操運(yùn)動(dòng)員在上杠前都要在手上涂擦“鎂粉”,其目的是 ( )
A.僅僅是為了利用“鎂粉”,吸汗的作用,增加手和器械表面的摩擦而防止打滑
B.僅僅是為了利用手握著器械并急劇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)“鎂粉”,能起到襯墊作用,相當(dāng)于在中間添加了一層“小球”做“滾動(dòng)摩擦”
C僅僅是為了利用“鎂粉”,填平手掌的褶皺和紋路,使手掌與器械的接觸面增大,將握力變得更加實(shí)在和均勻
D.上述各種功能都具有
.答案:D解析:體操運(yùn)動(dòng)員在上杠前在手上涂擦“鎂粉”的目的是為了利用“鎂粉”吸汗的作用,增加手和器械表面的摩擦而防止打滑;利用手握著器械并急劇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)“鎂粉”能起到襯墊作用,相當(dāng)于在中間添加了一層“小球”做“滾動(dòng)摩擦”; 利用“鎂粉”填平手掌的褶皺和紋路,使手掌與器械的接觸面增大,將握力變得更加實(shí)在和均勻,所以選項(xiàng)D正確。
4. (2011上海初中物理知識(shí)競(jìng)賽題)某人在車(chē)后用80牛的水平力推車(chē),使車(chē)在平直公路上勻速前進(jìn),突然發(fā)現(xiàn)車(chē)輛前方出現(xiàn)情況,他馬上改用120的水平拉力使車(chē)減速,在減速的過(guò)程中,車(chē)受到的合力大小為( )
A.40牛 B.80牛 C.120牛 D.200牛
3. 答案:D解析:用80牛的水平力推車(chē),使車(chē)在平直公路上勻速前進(jìn),說(shuō)明車(chē)運(yùn)動(dòng)受到的阻力為80N。改用120的水平拉力使車(chē)減速,在減速的過(guò)程中,車(chē)受到人向后拉力120N,阻力80N,所以車(chē)受到的合力大小為120N+80N=200N. ,選項(xiàng)D正確。
5. (2011上海初中物理知識(shí)競(jìng)賽題)分別用鐵和鋁做成兩個(gè)外部直徑和高度相等,但內(nèi)徑不等的圓柱形容器,鐵杯裝滿(mǎn)質(zhì)量為m1的水后總重為G1;鋁杯裝滿(mǎn)質(zhì)量為m2的水后總重為G2。下列關(guān)系不可能正確的是( )
A.G1
G2,m1>m2
C.G1m2 D.G1>G2,m1G2,所以A不可能正確。
6. (2011上海初中物理知識(shí)競(jìng)賽題)如圖所示,兩根硬桿AB、BC用鉸鏈連接于A、B、C,整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)。關(guān)于AB桿對(duì)BC桿作用力的方向正確的是 ( )
A.若計(jì)AB桿重力,而不計(jì)BC桿重力時(shí),由A指向B
B.若計(jì)AB桿重力,而不計(jì)BC桿重力時(shí),由C指向B
C.若不計(jì)AB桿重力,而計(jì)BC桿重力時(shí),由B指向A
D.若不計(jì)AB桿重力,而計(jì)BC桿重力時(shí),由B指向C
答案:C解析:若計(jì)AB桿重力,而不計(jì)BC桿重力時(shí),取A點(diǎn)為支點(diǎn),由杠桿平衡條件,BC桿對(duì)AB桿作用力的方向豎直向上,由牛頓第三定律,AB桿對(duì)BC桿作用力的方向豎直向下,選項(xiàng)AB錯(cuò)誤;若不計(jì)AB桿重力,而計(jì)BC桿重力時(shí),取C點(diǎn)為支點(diǎn),由杠桿平衡條件,AB桿對(duì)BC桿作用力的方向由B指向A,選項(xiàng)C正確D錯(cuò)誤。
7.(2011上海初中物理知識(shí)競(jìng)賽復(fù)賽題)
兩個(gè)人共同搬一個(gè)50千克質(zhì)量分布均勻的木箱上樓梯,如圖所示。木箱長(zhǎng)1.25米,高0.5米;樓梯和地面成45°,而且木箱與樓梯平行。如果兩人手的用力方向都是豎直向上的,那么在下面的人對(duì)木箱施加的力與上面的人對(duì)木箱施加的力的比值是 ( )
A.8/3 B.7/3 C.5/3 D.5/4
答案: B
解析:以木箱重心為支點(diǎn),二力力臂之和為L(zhǎng)1+L2=1.25×cos45°,
二力力臂之差為L(zhǎng)2-L1=0.5×cos45°,聯(lián)立解得L2=0.63,L1=0.27,由杠桿平衡條件可得下面的人對(duì)木箱施加的力與上面的人對(duì)木箱施加的力的比值是7/3,選項(xiàng)B正確。
8. (2011全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽題)圖1為工人師傅用于推車(chē)運(yùn)送純凈水的圖片,對(duì)于這兩種方法中哪種方法比較省力的判斷,下列說(shuō)法中正確的是 ( )
A.圖甲的方法比較省力。
B.圖乙的方法比較省力。
C.圖甲和圖乙兩種方法所用力的大小相等。
D.無(wú)法判斷。
答案:A解析:由于圖甲的方法拉力方向斜向上,可減小推車(chē)對(duì)地面的壓力,從而減小摩擦力,所以圖甲的方法比較省力,選項(xiàng)A正確。
9如圖所示的裝置中,均勻木棒AB的A端固定在鉸鏈上,懸線(xiàn)一端繞過(guò)某定滑輪,另一端 套在木棒上使木棒保持水平,現(xiàn)使線(xiàn)套逐漸向右移動(dòng),但始終保持木棒水平,則懸線(xiàn)上的拉力(棒和懸線(xiàn)均足夠長(zhǎng))( ?。?
A.逐漸變小 B.逐漸變大
C.先逐漸變大,后又變小 D.先逐漸變小,后又變大
答案:D
解析:使線(xiàn)套逐漸向右移動(dòng),動(dòng)力臂先逐漸增大后逐漸減小,懸線(xiàn)上的拉力先逐漸變小,后又變大,選項(xiàng)D正確。
二.實(shí)驗(yàn)探究題
1.(2012全國(guó)初中物理競(jìng)賽預(yù)賽)小朱用圖13所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究杠桿的平衡條件。
(1)在調(diào)節(jié)杠桿的平衡時(shí),如果杠桿右側(cè)高左側(cè)低,應(yīng)將兩端的平衡螺母向____________調(diào)節(jié),使其在水平位置平衡。使杠桿在水平位置平衡的好處是____________________________________。
(2)如圖13所示,杠桿上每小格長(zhǎng)為2cm,在支點(diǎn)左側(cè)的A點(diǎn)掛3個(gè)后果均為0.5N的鉤碼,在支點(diǎn)右側(cè)B點(diǎn),用彈簧測(cè)力計(jì)拉杠桿,使其在水平位置平衡。這時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)應(yīng)為_(kāi)___________N。如果保持B點(diǎn)不動(dòng),彈簧測(cè)力計(jì)的方向向右傾斜,使杠桿仍在水平位置平衡,則彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)將變____________。原因是____________________________________。
(3)請(qǐng)你在下面的方框中,畫(huà)出實(shí)驗(yàn)所需的數(shù)據(jù)記錄表格,不必填數(shù)據(jù)。
(4)小朱把多個(gè)鉤碼掛在杠桿的兩端,調(diào)節(jié)鉤碼的個(gè)數(shù)與位置最終使杠桿平衡,請(qǐng)你分析圖14所示的平衡狀態(tài),簡(jiǎn)述當(dāng)杠桿受到多個(gè)力時(shí),它的平衡條件應(yīng)當(dāng)是:_________________________________________________。
答案:(1)右 便于測(cè)量力臂 (2分) (2)1.2 大 力臂變?。?分)
(3)(4分)
實(shí)驗(yàn)次序
動(dòng)力F1/N
動(dòng)力臂L1/cm
阻力F2/N
阻力臂L2/cm
1
3
(4)使物體向逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的力(動(dòng)力)與力臂的乘積之和等于使物體順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的力(阻力)與力臂的乘積之和。 (3分)
2.下面是小聰和小明做“測(cè)滑輪組的機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn).
(1)小聰和小明兩人用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)鉤碼重量時(shí)的情形分別如圖甲、乙所示,你認(rèn)為 甲 是正確的(選填“甲”或“乙”)
(2)他們正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后,測(cè)出如下表中的數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)裝置如圖丙、丁所示.
物理量
試驗(yàn)1
試驗(yàn)2
試驗(yàn)3
鉤碼重G/N
4
4
6
鉤碼上升的高度h/m
0.1
0.1
0.1
繩端拉力F/N
2.0
1.4
2.8
繩端移動(dòng)距離s/m
0.3
0.5
0.3
機(jī)械效率η
67%
①通過(guò)表中數(shù)據(jù)可分析出實(shí)驗(yàn)1是用 丙 圖所示的裝置做的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)2是用 丁 圖所示的裝置做的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)2的機(jī)械效率為 57% ,實(shí)驗(yàn)3的機(jī)械效率為 71% .
②通過(guò)實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2的數(shù)據(jù)分析可得出結(jié)論:使用不同的滑輪組,提升相同的重物時(shí),動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)越多,滑輪組的機(jī)械效率 低?。?
③比較實(shí)驗(yàn)1和試驗(yàn)3可得正確結(jié)論:使用同一滑輪組, 增大提升的物重 可以提高滑輪組的機(jī)械效率.
答案:
(1)甲;
(2)①丙;?。?7%;71%;②低;③增大提升的物重.
解析:
(1)彈簧測(cè)力計(jì)在測(cè)重力時(shí)應(yīng)豎直方向使用,故選甲.
(2)①在實(shí)驗(yàn)1中,h1=0.1m,s1=0.3m,所以n1===3,故實(shí)驗(yàn)1是用丙圖所示的裝置進(jìn)行的實(shí)驗(yàn);
實(shí)驗(yàn)2中,h2=0.1m,s2=0.5m,所以n2===5,故實(shí)驗(yàn)2是用丁圖所示的裝置進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),
機(jī)械效率η2===≈57%;
實(shí)驗(yàn)3中,h3=0.1m,s3=0.3m,所以n3===3,故實(shí)驗(yàn)3是用丙圖所示的裝置進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),
機(jī)械效率η3===≈71%.
②實(shí)驗(yàn)1和2中,提升重物相同,距離相同,只是滑輪組不同,尤其是動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)不同,實(shí)驗(yàn)2的機(jī)械效率低于實(shí)驗(yàn)1,因此可得出:使用不同的滑輪組,提升相同的重物時(shí),動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)越多,滑輪組的機(jī)械效率越低;
③實(shí)驗(yàn)1和3中,滑輪組相同,實(shí)驗(yàn)3提升的重物大于實(shí)驗(yàn)1,機(jī)械效率也更高,說(shuō)明:使用同一滑輪組,提升的物體越重,滑輪組的機(jī)械效率越高.
三.綜合應(yīng)用題
1.(2009上海初中物理知識(shí)競(jìng)賽復(fù)賽題)均勻三角板的重心在三角形三條中線(xiàn)的交點(diǎn)上,均勻細(xì)桿的重心在桿的中點(diǎn)上?,F(xiàn)有一塊等腰直角三角板和三根均勻細(xì)桿。三根細(xì)桿的長(zhǎng)度分別與三角板的邊長(zhǎng)相等,將這三根細(xì)桿構(gòu)成如圖所示的三角形。設(shè)三角板的重心為P,三根細(xì)桿構(gòu)成的三角形的重心為P',P、P’未在圖中畫(huà)出。以下是三位同學(xué)的觀點(diǎn):甲同學(xué)認(rèn)為P和P’的位置重合;乙同學(xué)認(rèn)為P和P’的位置不重合,且P到斜邊的距離大于P'到斜邊的距離,丙同學(xué)認(rèn)為P和P'的位置不重合,且P到斜邊的距離小于P'到斜邊的距離。
請(qǐng)你通過(guò)分析,對(duì)以上三位同學(xué)的觀點(diǎn)做出判斷。
解答:乙同學(xué)對(duì),甲、丙兩同學(xué)不對(duì)。 (2分)
對(duì)三角板:設(shè)直角三角形斜邊上的高為h。則均勻的三角板的重心P到斜邊的距離為h/3=0.333h。
對(duì)三角形:根據(jù)三根細(xì)桿的長(zhǎng)度,質(zhì)量分別設(shè)為m0、m0、m0。
顯然可知,總質(zhì)量為2m0的兩根直角邊整體的重心與斜邊的距離為h/2。
考慮斜邊質(zhì)量可知:三角形的重心到底邊的距離為:
·h/2≈0.293h
0.293 h<0.333h,所以P到斜邊的距離大于P’到斜邊的距離。
圖2
2.圖2是一種新型吊運(yùn)設(shè)備的簡(jiǎn)化模型示意圖,圖中虛線(xiàn)框里是滑輪組(未畫(huà)出),滑輪組繩子的自由端由電動(dòng)機(jī)拉動(dòng)。工人師傅用該吊運(yùn)設(shè)備先后搬運(yùn)水平地面上的圓柱形物體A和物體B。物體A的底面積為SA,密度為ρA,高度為hA;物體B的底面積為SB,密度為ρB,高度為hB。當(dāng)物體A所受豎直向上的拉力T1為1500N時(shí),物體A靜止,地面對(duì)物體A的支持力為N1。掛在滑輪組掛鉤上的物體A勻速豎直上升4m的過(guò)程中,電動(dòng)機(jī)對(duì)滑輪組繩子自由端的拉力為F1,拉力F1做的功為W。當(dāng)物體B所受豎直向上的拉力T2為1000N時(shí),物體B靜止,地面對(duì)物體B的支持力為N2。掛在滑輪組掛鉤上的物體B以速度v勻速豎直上升的過(guò)程中,電動(dòng)機(jī)對(duì)滑輪組繩子自由端的拉力F2為625N,拉力F2做功的功率P為500W,滑輪組的機(jī)械效率為80%。已知:N1=2N2,5SA=4SB,8ρA=7ρB,2hA=5hB。不計(jì)繩的質(zhì)量,不計(jì)滑輪與軸的摩擦。求:
(1)物體B勻速上升的速度v;
(2)拉力F1做的功W。
T1
N1
GA
T2
N2
GB
A
B
圖2J
甲
乙
解析:(1)當(dāng)物體A受拉力為T(mén)1時(shí),以物體A為研究對(duì)象,受力分析如圖2J甲所示;當(dāng)物體B受拉力為T(mén)2時(shí),以物體B為研究
對(duì)象,受力分析如圖2J乙所示。
由圖2J甲、乙得:
GA= T1 + N1
GB= T2 + N2
已知:N1=2N2, 5SA=4SB, 8ρA=7ρB, 2hA=5hB
T1=1500N, T2=1000N
因?yàn)?G=mg=ρVg=ρgSh
所以 GA=ρAgSAhA,GB=ρBgSBhB
解得:GA=3500N;
GB=2000N 。
設(shè)滑輪組的繩子段數(shù)為n,提升物體B時(shí),機(jī)械效率η =
4F2
GB
B
丁
G動(dòng)
4F1
GA
A
丙
G動(dòng)
圖2J
已知:F2=625N,η =80%
解得:n =4
拉力F2做功的功率P== nvF2
已知:P=500W,
解得:v =0.2m/s。
(2)勻速提升物體A時(shí),以物體A和動(dòng)滑輪的整體為研究對(duì)象,受力分析如圖2J丙所示。勻速提升物體B時(shí),以物體B和動(dòng)滑輪的整體為研究對(duì)象,受力分析如圖2J丁所示。
由圖2J丁得:4F2= GB+G動(dòng)
解得:G動(dòng)=4×625N―2000N=500N
由圖2J丙得:4F1=GA+G動(dòng)
解得:F1 ==1000N
拉力F1做的功W = nF1h
已知:h=4m,
解得:W= 4×1000N×4m=1.6×104J 。
【名師點(diǎn)評(píng)】工程中的吊運(yùn)設(shè)備學(xué)生不易看懂,題目將吊運(yùn)設(shè)備簡(jiǎn)化,降低難度。此題以新型吊運(yùn)設(shè)備的簡(jiǎn)化模型示意圖切入,意在考查受力分析、重力、平衡條件、功和功率、效率等重點(diǎn)知識(shí)。
圖3
電子秤
3.如圖3是利用電子秤顯示水庫(kù)水位裝置的示意圖。該裝置主要由不計(jì)重力的滑輪C、D,長(zhǎng)方體物塊A、B以及輕質(zhì)杠桿MN組成。物塊A通過(guò)細(xì)繩與滑輪C相連,物塊B通過(guò)細(xì)繩與杠桿相連。杠桿可以繞支點(diǎn)O在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),杠桿始終在水平位置平衡,且MO∶ON=1∶2。已知物塊A的密度為1.5×103kg/m3,底面積為0.04m2,高1 m ,物塊B的重力為100N?;喤c轉(zhuǎn)軸的摩擦、杠桿與軸的摩擦均忽略不計(jì),g取10N/kg。求:
(1)當(dāng)物塊A的頂部剛沒(méi)入水面時(shí),底部受到水的壓強(qiáng)大小;
(2)當(dāng)物塊A的頂部剛沒(méi)入水面時(shí),物塊A所受的拉力大?。?
圖24
(3)若水位發(fā)生變化,當(dāng)電子秤的示數(shù)為55 N時(shí),求物塊A浸入水中的深度。
解析:(1)物塊A底部受到水的壓強(qiáng):
p=ρ水gh=1.0×103kg/m3N/kgm=1.0×104Pa 。
(2)物塊A排開(kāi)水的體積V排=VA=Sh=0.04 m2m=0.04m3。
物塊A受到的浮力F浮=ρ水g V排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.04m3=400N。
物塊A受到的重力GA=ρAg VA=1.5×103kg/m3×10N/kg×0.04m3=600N。
物塊A受到的拉力F=GA- F浮=600N -400N=200N。 .
(3)細(xì)繩BN對(duì)物塊的拉力FN=GB- F示=100N -55N=45N .
細(xì)繩DM對(duì)杠桿的拉力FM=FN=2×45N=90N。
物塊A受到的浮力 (1分)
物塊A排開(kāi)水的體積===0.024 m3。.
物塊A浸入水中的深度h’= ==0.6m。
【名師點(diǎn)評(píng)】電子秤是目前市場(chǎng)上常用的稱(chēng)量工具,此題以電子秤顯示水庫(kù)水位裝置切入,意在考查滑輪、杠桿、浮力、平衡條件、液體壓強(qiáng)、重力等知識(shí)點(diǎn)。
4.如圖甲所示,我國(guó)“向陽(yáng)紅09”母船正在進(jìn)行投放“蛟龍?zhí)枴陛d人深潛器試驗(yàn),調(diào)控兩根伸縮桿,使“∩”形架繞固定在甲板上的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)至圖甲所示位置時(shí)停止,然后由固定在“∩”形架頂部的絞車(chē)通過(guò)鋼纜釋放深潛器。
處在圖甲所示位置的“∩”形架可以簡(jiǎn)化為圖乙中以O(shè)為支點(diǎn)的杠桿,OB表示“∩”形架,CD表示兩根伸縮桿,O到CD的距離為2m,OD、OE的長(zhǎng)度分別為3m、6m 。不考慮“∩”形架、兩根伸縮桿和絞車(chē)的重力。
(1)請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫(huà)出投放深潛器時(shí)“∩”形架的動(dòng)力和阻力示意圖
(2)深潛器的質(zhì)量為25t,總體積為24.5m3。在絞車(chē)緩慢向下釋放深潛器至剛浸沒(méi)的過(guò)程中,兩根伸縮桿的總拉力最多減少多少牛?
解析:(1)動(dòng)力和阻力示意圖如圖所示。
(2)深潛器入水前,鋼纜BE的拉力,
F2=G=mg=25×103kg×10N/kg=2.5×105N。
深潛器浸沒(méi)入水中后,所受浮力F浮=ρ水g V排,
鋼纜BE的拉力,
F2’=G- F浮=G-ρ水g V排=2.5×105N-1.0×103kg/m3×10N/kg×24.5m3=5.0×103N。
由杠桿平衡條件,深潛器入水前,兩根伸縮桿的總拉力為
F1===7.5×105N。
深潛器浸沒(méi)入水中后,兩根伸縮桿的總拉力為F1’===1.5×104N。
兩根伸縮桿的總拉力減少△F= F1-F1’=7.5×105N-1.5×104N =7.35×105N。
【名師點(diǎn)評(píng)】“向陽(yáng)紅09”母船由固定在“∩”形架頂部的絞車(chē)通過(guò)鋼纜釋放深潛器,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,題目通過(guò)簡(jiǎn)化圖乙使學(xué)生容易找到支點(diǎn)、動(dòng)力臂和阻力臂。此題以絞車(chē)釋放深潛器切入意在考查物體平衡、浮力、杠桿平衡條件等知識(shí)點(diǎn)。
5.如圖所示是一套提升裝置的結(jié)構(gòu)示意圖,杠桿OC可繞固定點(diǎn)O在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),OD:DC=1:9,系在杠桿D端的細(xì)繩通過(guò)定滑輪E與物體B的一端相連,滑輪組Y由定滑輪Z和動(dòng)滑輪H組成,滑輪組Y的自由端細(xì)繩通過(guò)定滑輪M與物體B的另一端相連,整個(gè)裝置在同一豎直平面內(nèi).小明通過(guò)定滑輪拉動(dòng)C端的細(xì)繩提升水中實(shí)心均勻物體A,當(dāng)物體A始終浸沒(méi)在水中且勻速上升時(shí),小明對(duì)地面的壓力為N1,對(duì)地面的壓強(qiáng)為1.6×104Pa,滑輪組Y的自由端細(xì)繩對(duì)物體B向右的拉力為T(mén)1;當(dāng)小明利用裝置把物體A完全拉出水面,物體A在空中勻速上升時(shí),小明對(duì)地面的壓力為N2,滑輪組Y的自由端細(xì)繩對(duì)物體B向右的拉力為T(mén)2.已知:小明所受重力為660N,在所有拉動(dòng)過(guò)程中,小明始終雙腳著地,每只腳與地面的接觸面積為125cm2,物體A的密度為2×103kg/m3,N1:N2=8:3,T1:T2=101:201,(不計(jì)繩重和細(xì)繩與滑輪間的摩擦及水對(duì)物體A的阻力,g取10N/kg)求:
(1)物體A在空中勻速上升時(shí),小明對(duì)地面的壓力N2為多少;
(2)水平地面對(duì)物體B的摩擦力大小和動(dòng)滑輪組H所受的重力大小分別是多少?
5.解:(1)拉物體A在水中勻速上升時(shí),
N1=F=pS=1.6×104Pa×2×0.0125m2=400N.
N1 N2 =400N N2 =8 3 ,N2=150N.
(2)拉物體A在水中勻速上升時(shí),繩對(duì)人的拉力F人=G-N1=660N-400N=260N,
拉物體A在空中勻速上升時(shí),繩對(duì)人的拉力F'人=G-N2=660N-150N=510N,
人經(jīng)過(guò)一個(gè)定滑輪拉杠桿C點(diǎn)時(shí),作用在杠桿上的力,F(xiàn)C=F人,物體B通過(guò)定滑輪拉 動(dòng)杠桿D點(diǎn),所以FD=f+T1,使杠桿在水平位置平衡,
根據(jù)杠桿平衡條件得,(f+T1)?OD=F人?(OD+CD),
所以,(f+T1)?OD=F人?10×OD,
所以,(f+T1)?OD=260N×10×OD--①
同理,當(dāng)拉物體A在空中勻速上升時(shí),
(f+T2)?OD=F'人?10×OD,
(f+T2)?OD=510N×10×OD--②
又因?yàn)門(mén)1:T2=101:201--③
由①②③得,解得:f=75N,T1=2525N,T2=5025N.
物體A在空中時(shí),物體B通過(guò)定滑輪對(duì)滑輪組施加T2大小的力,
物體A和動(dòng)滑輪有四段繩子承擔(dān),所以,T2=1 4 (GA+GH),
所以,5025N=1 4 (GA+GH)--④
物體A在水中時(shí),物體B通過(guò)定滑輪對(duì)滑輪組施加T1大小的力,
物體A和動(dòng)滑輪有四段繩子承擔(dān),所以,
T1=1 4 (GA-F浮+GH)=1 4 (GA-ρ水gVA+GH)=1 4 (GA-ρ水g×GA ρAg +GH),
所以,2525N=1 4 (GA-1 2 GA+GH)--⑤
由④⑤得,GA=20000N,GH=100N.
答:(1)物體A在空中勻速上升時(shí),小明對(duì)地面的壓力N2為150N.
(2)水平地面對(duì)物體B的摩擦力大小是75N,動(dòng)滑輪組H所受的重力是100N
6. (2012全國(guó)初中物理競(jìng)賽預(yù)賽)用圖2所示的裝置探究斜面的機(jī)械效率,用15N的力沿著長(zhǎng)50c m,高30cm的斜面,將重為20N的木塊勻速拉上斜面。此過(guò)程中的額外功主要是指________________________。此斜面的機(jī)械效率為_(kāi)___________。寫(xiě)出一條提高斜面機(jī)械效率的措施。
解析:物體沿斜面上升,此過(guò)程中的額外功主要是指克服摩擦力做功。斜面的機(jī)械效率為η==×100%=80%。
答案:克服摩擦力做功 80% 增大斜面傾角(減小斜面粗糙程度等)
7. (2011全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽河南預(yù)賽)小剛同學(xué)想測(cè)量家中一頭肥豬的重,如圖所示。他用繩將豬綁住掛在木棒的B點(diǎn),將棒的一端O放在石坎上,人通過(guò)掛在A端的測(cè)力計(jì)拉起木棒的另一端,使木棒剛好到達(dá)水平位置。已知測(cè)力計(jì)示數(shù)F=320N,OA=1.6m,OB=0.4m。問(wèn):
(1) 請(qǐng)你根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算豬的重力大約是多少?
(2) 你認(rèn)為利用這種方法測(cè)出的豬的重力比實(shí)際重力偏大還是偏小,并說(shuō)明產(chǎn)生誤差的原因是什么?
(3) 如果豬的實(shí)際重力為1200N,豬被拉離地面0.1m,這個(gè)過(guò)程中杠桿裝置的機(jī)械效率是多少?
【解析】:(1)設(shè)豬的重力為G,由杠桿平衡原理,G·OB=F·OA,
解得G=1280N.。
(2)利用這種方法測(cè)出的豬的重力比實(shí)際重力偏大。產(chǎn)生誤差的原因是木棒具有重力。
(3)豬被拉離地面h=0.1m,A點(diǎn)升高H=4h=0.4m,有用功W有=Gh,總功W總=FH,,
杠桿裝置的機(jī)械效率是η=×100%=93.75%。
【點(diǎn)評(píng)】此題涉及杠桿平衡原理、功的計(jì)算、機(jī)械效率、誤差分析等,意在考查對(duì)實(shí)際問(wèn)題的分析、建模能力和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。
8、(12分) (2013全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽)工人師傅經(jīng)常使用一種稱(chēng)為“大力鉗”的工具夾緊或切斷金屬材料,圖12所示為用于切斷金屬所常用的一種小型大力鉗,其各部分尺寸已在圖中標(biāo)明(單位為cm)。若工人師傅的單手最大握力為900 N,他使用該大力鉗時(shí),在被鉗材料處能夠產(chǎn)生的最大壓力為多大?
解析: 大力鉗工作時(shí),相當(dāng)于杠桿組合,其中ABC、CDE以及對(duì)應(yīng)的下半部分分別為杠桿。假設(shè)力的方向沿豎直方向,則杠桿CDE可模型化為圖2的情況,其中D為支點(diǎn),根據(jù)杠桿平衡條件,可得F1L1=F2L2
由題意可知,F(xiàn)1=900N,L1=12cm,L2=2cm,
解得F2==5.4×103N
同理,杠桿ABC可模型化為圖3的情況,其中B為支點(diǎn),
根據(jù)杠桿平衡條件,可得F3L3=F4L4
解得:F4=1.62×104N.
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