拔高练习 (3)
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1、为了将放置在水平地面上、重G=100 N的重物提升到高处。
小明同学设计了图(甲)所
示的滑轮组装置。
当小明用图(乙)所示随时间变化的竖直向下拉力F拉绳时,重物的速
度υ和上升的高度h随时间t变化的关系图像分别如图(丙)和(丁)所示。
若重物与地
面的接触面积S=5×10-2m2,不计摩擦,绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向。
求:
(1)在2~3s内,拉力F的功率P及滑轮组的机械效率η。
(2)在1~2s内,拉力F做的功W。
(3)在0~1s内,重物对地面的压强p。
解:(1)在2~3s内,重物做匀速运动,υ3=2.50 m/s,拉力F3=40 N,因为连接动滑轮的绳子有三根,所以拉力F的作用点下降的距离是重物上升高度h3的三倍。
P=3F3υ3=3×40N×2.5m/s=300 W
η=(W有用/W总)×100%=[Gh3/(3F3h3)] ×100% =83.33%;
(2)在1~2s内,拉力F2=50 N,重物上升高度h2=1.25 m W=3F2h2 =3×50N×1.25m/s=187.5J
(3)设动滑轮重为G动 G动=3F3-G=3×40N—100N=20N
在0~1s内,拉力F1=30N。
把动滑轮和重物看成整体,则这个整体受到向下的重力、向上的支持力以及三根绳向上的拉力作用处于静止状态。
支持力F支=G+G动-3F1=100N+20N--3×30 N =30N
重物对地面的压力F压= F支=30 N
P=F压/S=30 N/(5×10-2m2)=600 Pa。
2、(2013•咸宁)两个实心正方体A、B由密度均为ρ的同种材料制成,它们的重力分别是G A、G B,将A、B均放置在水平桌面上时,如图甲所示,两物体对桌面的压强分别是P A、P B,且P A:P B=1:2;当用甲、乙两组滑轮组分别匀速提升A、B两物体,如图乙所示,两动滑轮
重均为G动,此时两滑轮组的机械效率之比为33:40;若将A物
体浸没在水中,用甲滑轮组匀速提升,如图丙所示,匀速提升过程
A物体一直没露出水面,此时甲滑轮组的机械效率为75%.不计
绳重和摩擦,ρ水=1.0×103kg/m3,求:
(1)A、B两物体的重力之比G A:G B是多少?
(2)滑轮组的动滑轮重力G动是A物体重力G A的多少倍?
(3)A、B两个实心正方体的材料密度ρ是多少kg/m3?
解:
(1)∵正方体A、B均放置在水平桌面上,∴P======ρgh,
而两物体是同种材料制成的,且P A:P B=1:2,∴===,
则A、B两物体的体积之比为:===,
∵G=mg=ρvg,
∴A、B两物体的重力之比为:===.
(2)∵η====,
∴==×=①式,
而=,则G B=8G A②式,把②式代入①式解得:G动=G A,
即动滑轮重力G动是A物体重力G A的倍.
(3)在图丙中,物体A受到三个力的作用,竖直向下的重力G、竖直向上的浮力和绳子对物体的拉力T,A物体一直没露出水面,则v排=v A,
∴机械效率为:
η=======
×100%=75%,
化简得:×100%=75%,
而ρ水=1.0×103kg/m3,解得ρA=4×103kg/m3,
即A、B两个实心正方体的材料密度ρ是4×103kg/m3.
答:(1)A、B两物体的重力之比G A:G B是1:8.
(2)滑轮组的动滑轮重力G动是A物体重力G A的倍.
(3)A、B两个实心正方体的材料密度ρ是4×103kg/m3.
3、在如图所示的电路中,电流表的量程为0~0.6A,电压表的最程为0~3V,
R3=4Ω.求(画出相应的等效电路图):
(1)只闭合开关S1时,电路消耗的功率为4W,则电源电压U=?
(2)只闭合开关S2时,灯泡R1正常发光,R3消耗的功率为0.64W,则灯泡
的电阻R1=?(写出该小题的解题思路后再求解)
(3)只闭合开S3时,在不损坏电流表、电压表和灯泡的情况下,则变阻器R2
的取值范围是多少?
解:(1)只闭合开关S l时,等效电路如下图
电源的电压为U===4V;
(2)只闭合开关S2时:等效电路如下图
思路一:R1=R﹣R3→R=→I=I3=,
思路二:R1=
电路中电流为I1=I3===0.4A,
此时R 3两端的电压为U3===1.6V,
电阻R1两端的电压为U1=U﹣U3=4V﹣1.6V=2.4V;
电阻R1的阻值为R1===6Ω;
(3)只闭合开关S3时,等效电路如下图
①滑片左移时,灯泡正常发光时的电流为0.4A,所以在不损坏电流表和电灯的情
况下有:
电路中的最大电流为I=0.4A,
此时电路中的总电阻为R===10Ω,
滑动变阻器接入电路的最小值为R2=R﹣R1=10Ω﹣6Ω=4Ω;
②当滑片右移时,在不损坏电压表的情况下有:
电压表的示数U2=3V,
R1两端的电压为U1′=U﹣U2=4V﹣3V=1V,
此时通过滑动变阻器的电流为I2=I1′===A,
滑动变阻器接入电路的最大阻值为R2===18Ω;
∴变阻器R2的阻值范围是4~18Ω.
答:(1)电源电压为4V;(2)灯泡的电阻为6Ω;(3)变阻器R2的取值范围为4~18Ω.。