2022-2023学年中考物理二轮培优训练：专题13 力学综合计算 （解析版）

专题13力学综合计算1．如图所示，某考古队用滑轮组将重4.8×103N，体积为100dm3的文物打捞出水，定滑轮重100N．滑轮组上共有三根绳子a，b和c，其中a是悬挂定滑轮，b绕在定滑轮和动滑轮上，c悬挂文物，整个打捞过程始终缓慢匀速提升文物，文物完全浸没在水中时，滑轮组的机械效率为95%（ρ水＝1×103kg/m3，g＝10N/kg，绳重、滑轮与轴的摩擦以及水的阻力均忽略不计）．请解答下列问题：（1）文物浸没在水中时受到的浮力是多大？（2）动滑轮的重力是多大？（3）在整个打捞过程中，a、b、c三根绳中哪根绳承受的拉力最大？该绳至少要承受多大的拉力？【答案】（1）1×103N；（2）200N；（3）a绳，4.1×103N【详解】（1）文物浸没在水中时排开水的体积：V排＝V＝100dm3＝0.1m3，则文物受到的浮力：F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m3＝1×103N；（2）因绳重、滑轮与轴的摩擦以及水的阻力均忽略不计，则文物完全浸没在水中时，滑轮组的机械效率：η＝＝＝＝95%，即：＝95%，解得动滑轮重力：G动＝200N；（3）由图知，n＝2，文物完全浸没在水中时，绳子自由端的拉力：F＝（G﹣F浮+G动）＝（4.8×103N﹣1×103N+200N）＝2×103N，即b绳承受的拉力：Fb＝F＝2×103N；a绳承受的拉力：Fa＝2F+G定＝2×2×103N+100N＝4.1×103N；c绳承受的拉力：Fc＝G﹣F浮＝4.8×103N﹣1×103N＝3.8×103N；可见，a、b、c三根绳中a绳承受的拉力最大，该绳至少要承受4.1×103N的拉力．2．如图，水平桌面上放有一薄壁柱形容器，容器底面积为0.03m2，容器中装有水，质量为0.25kg、体积为1×10-3m3的正方体木块漂浮在水面上．现将细绳的一端绕过定滑轮后固定在木块下表面，并用竖直向上的拉力F缓慢匀速拉动细绳另一端，使木块从漂浮状态逐渐浸没入水中，木块不接触滑轮．不计摩擦与水的阻力，忽略绳重与体积的影响，g取10N/kg．求：（1）木块漂浮时受到的浮力；（2）若水深为0.3m，则容器底受到的水的压强；（3）拉力F的最大值；（4）木块从漂浮到被细绳拉到完全浸没，容器底部受到水的压强的变化量．【答案】（1）2.5N（2）3×103Pa（3）7.5N（4）250Pa【分析】（1）木块漂浮时受到的浮力等于木块重力，利用F浮=G=mg计算；（2）知道水深，利用p=ρgh求容器底受到的水的压强；（3）当木块浸没时拉力F最大，此时木块排开水的体积等于木块的体积，利用阿基米德原理求木块受到的浮力；根据力的平衡可得：F浮=G木+F最大，据此求最大拉力；（3）木块从漂浮到被细绳拉到完全浸没，水对容器底压力的变化量等于木块排开水的重力变化，即木块受到的浮力变化，再利用求容器底部受到水的压强的变化量．【详解】（1）木块漂浮时受到的浮力：F浮=G木=m木g=0.25kg×10N/kg=2.5N；（2）容器底受到的水的压强：p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×0.3m=3×103Pa；（3）当木块浸没时所需拉力F最大，此时木块排开水的体积：V排=V=1×10-3m3，此时木块受到的浮力：F浮′=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×1×10-3m3=10N，根据力的平衡条件可得：F浮′=G木+F最大，所以最大拉力：F最大=F浮′-G木=10N-2.5N=7.5N；（3）木块从漂浮到被细绳拉到完全浸没，水对容器底压力的变化量等于木块排开水的重力变化量，即木块受到的浮力变化量：△F=△F浮=10N-2.5N=7.5N，容器底部受到水的压强的变化量：△p===250Pa．【点睛】本题为力学这题，考查了重力公式、物体漂浮条件、液体压强公式、阿基米德原理、力的平衡、压强定义式的应用，要知道：水对容器底压力的变化量等于木块排开水的重力变化，即木块受到的浮力变化．3．利用轮船上的电动机和缆绳从水库底竖直打捞出一长方体物体，P-t图像中表示了电动机输出的机械功率P与物体上升时间t的关系．已知0~80s时间内，物体始终以v=0.1m/s的速度匀速上升，当t=80s时，物体底部恰好平稳的放在轮船的水平甲板上．已知电动机的电压是200V，物体上升过程中的摩擦阻力不计，g取10N/kg．求：（1）物体未露出水面前克服重力所做的功．（2）物体的底面积．（3）若电动机电能转换为机械能的效率为80%，求在0~50s内，电动机线圈中电流的大小．【答案】（1）105J（2）1m2（3）6.25A【详解】（1）由图像可知，物体未露出水面前所用上升时间为t1=50s，则物体全部浸在水中上升高度为h1=vt1=0.1m/s×50s=5m；而60s到80s时，物体完全露出水面，此时P=Fv=Gv，可得；所以物体未露出水面前克服重力所做的功W=Gh1=2×104N×5m=105J（2）物体在0—50s时，功率P’=1×103W；此时拉力物体浸没时受到的浮力：F浮=G-F’=2×104N-1×104N=1×104N，则根据F浮=ρgV排可得，物体的体积：V=V排=；从图中可知物体从刚开始露出水面到完全露出水面经历时间为t2=60s-50s=10s，则物体高度h2=vt2=0.1m/s×10s=1m，由体积公式V=Sh2；可得（3）由电动机电能转换为机械能的效率为80%，即得：P电×80%=P1；因为P=UI，所以．4．如图所示，某工程队在一次施工作业中，以恒定速度沿竖直方向将质量为5×103kg的圆柱形实心工件从深水中吊起至距水面某一高度．绳子作用在工件上端的拉力F的功率P随工件上升高度h变化的图象如图所示，不计水的阻力（ρ水＝1.0×103kg/m3,g取10N/kg），求：⑴工件上升的速度大小？⑵当工件露出水面的1/2时所受的浮力大小？⑶工件的横截面积S是多大？【答案】(1)0.4(2)(3)0.5m2,【详解】（1）由图可知，工件完全离开水面后，拉力F的功率．又知工件质量，因为工件匀速上升，所以拉力．因为工件恒速上升，所以根据功率公式，得工件上升速度．（2）由图知，工件上升到露出水面1/2时，拉力F的功率为18kW．根据功率公式可得此时拉力,所以此时浮力（3）由图知，工件总高度．露出水面一半时，在水下高度为．设工件底面积为S，则工件体积,根据浮力公式，在水中体积，得横截面积．5．如图所示，一名体重为60kg，双脚与地面接触面积为的工人站在水平面上提升重物．当重物质量为300kg时工人刚好对地面没有压力．其中AO：OB=1:3，g=10N/kg，,忽略绳重和摩擦．求：（1）动滑轮的重力；（2）当提升重物为240kg的铝块时，工人对地面的压强；（3）当体积为的铝块水下匀速上升时，求滑轮组的机械效率（保留整数）【答案】（1）600N；（2）2500Pa；（3）74%．【分析】（1）滑轮组的动滑轮绕2段绳，已知工人的质量，根据G=mg求工人的其重力，同理求出质量为300kg的重物的重力；当重物质量为300kg时工人刚好对地面没有压力，判断绳子对工人的拉力大小，根据力的相互性分析工人对绳子的拉力大小，即作用在杠杆B端的力，根据杠杆的平衡条件求出作用在杠杆A端的力，根据力的相互性确定杠杆A端对绳子的拉力大小，即作用在滑轮组上的拉力，因忽略绳重和摩擦，根据拉力和重力的关系求出动滑轮的重力；（2）根据G=mg求出240kg的铝块的重力，因忽略绳重和摩擦，根据拉力和重力的关系求出作用在滑轮组上的力，根据力的相互性得出作用在A端的力大小F′A，由杠杆的平衡条件求出作用在杠杆B端的力大小，根据力的相互性可知绳子对工人的拉力大小，根据力的平衡，求出此时地面对工人的支持力，根据力的相互性，得出工人对地面的压力，根据压强的公式求出工人对地面的压强；（3）根据G=mg=ρ铝Vg求出体积为0.1m3的铝块的重力，由阿基米德原理求出体积为0.1m3的铝块在水下受到的浮力，根据W有=（G铝-F浮）h求出将水中的铝块提升h（未露出水面）时，所做的有用功，若不计绳重和各种摩擦，不计水的阻力，根据W额=G动h求出所做的额外功，根据W总=W有+W额求出所做的总功，根据机械效率的公式得到滑轮组机械效率．【详解】（1）滑轮组的动滑轮绕2段绳，质量为60kg的工人，其重力：G=mg=60kg×10N/kg=600N，当重物质量为300kg，重物的重力：G物=m物g=300kg×10N/kg=3000N，当重物质量为300kg时，工人刚好对地面没有压力，即绳子对工人的拉力大小等于工人的重力为600N，根据力的作用相互性得到工人对绳子的拉力为600N，即作用在杠杆B端的力为：FB=600N，根据杠杆的平衡条件：FA×OA=FB×OB，故作用在杠杆A端的力：，根据力的作用相互性，杠杆A端对绳子的拉力为1800N，即作用在滑轮组上的拉力F=1800N，因忽略绳重和摩擦，动滑轮的重力：G动=2F-G物=2×1800N-3000N=600N；（2）240kg的铝块的重力：G铝=m铝g=240kg×10N/kg=2400N，因忽略绳重和摩擦，作用在滑轮组上的力：，根据力作用的相互性，作用在A端的力大小F′A，由杠杆的平衡条件：，，根据力的作用的相互性，绳子对工人的拉力T=500N，由力的平衡，故此时地面对工人的支持力：F支=G-T=600N-500N=100N，根据力的作用的相互性，工人对地面的压力：F人=F支=100N，工人双脚与地面接触面积为0.04m2，即受力面积S=0.04m2，工人对地面的压强：；（3）铝块的重力为：G′铝=mg=ρ铝Vg=2.7×103kg/m3×10N/kg×0.1m3=2700N，由阿基米德原理，体积为0.1m3的铝块在水下受到的浮力：F浮=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m3=1000N，将水中的铝块提升h（未露出水面）时，所做的有用功为：W有=（G′铝-F浮）h=（2700N-1000N）×h=1700N×h；若不计绳重和各种摩擦，不计水的阻力，所做的额外功为：W额=G动h=600N×h；所做的总功为：W总=W有+W额=1700N×h+600N×h=2300N×h；滑轮组机械效率为：．答：（1）动滑轮的重力为600N；（2）当提升重物为240kg的铝块时，工人对地面的压强为2500Pa；（3）当体积为0.1m3的铝块水下匀速上升时，滑轮组的机械效率为74%．6．某提升装置中，杠杆能绕固定点在竖起平面内转动，水平地面上的配重乙通过经细绳竖直拉着杠杆端．已知，配重乙与地面的接触面积为且．当在动滑轮下面挂上重的物体甲静止时（甲未浸入水中），竖直向下拉绳子自由端的力为，杠杆在水平位置平衡，此时配重乙对地面的压强为且；如果在动滑轮下挂一个质量为动滑轮质量倍的物体丙，并把物体丙浸没在水中静止时，如图甲所示，竖直向上拉绳子自由端的力为，杠杆在水平位置平衡．此时配重乙对地面的压强为且．已知物体丙的质量与体积的关系的图像如图乙所示，如果不计杠杆重、绳重和滑轮轴间摩擦，图中两个滑轮所受重力相同取．配重乙的体积为，求配重乙的密度．

【答案】【详解】试题分析：当物体甲在空气中静止时，分别以物体甲、动滑轮、A端定滑轮、杠杆、配重乙为研究对象进行受力分析，根据力的平衡和杠杆的平衡条件列出等式，解等式得出G乙、G0之间的关系；当把物体丙浸没在水中静止时，先根据图象得出丙的密度，再对以上物体受力分析列出等式，解等式在得出G乙、G0之间的关系和乙物体的体积，联立两个方程解出G乙的大小，最后根据G=mg和求出配重乙的密度．当物体甲在空气中静止时，分别以甲和动滑轮为研究对象，受力情况如图1所示=1000N=以A端定滑轮为研究对象受力情况如图2所示以杠杆为研究对象受力情况如图（3）所示=选择配重乙为研究对象，受力情况如图3所示，①当把物体丙浸没在水中静止时，各物体受力情况如下图所示．根据图像可知，物体丙的密度为=．②由①②解得：G0=100NG乙=1400Nm乙=140kg考点：此题考查的是力学的综合计算．点评：本题为力学综合题，要求灵活利用所学知识、选用所学公式，利用好滑轮组的特点、杠杆平衡条件，能从图象得出相关信息是本题的关键，难题！7．小雨用如图甲所示滑轮组在空气中匀速提升不同重物，这些物体中，物体A重，体积为．请画出与解题过程相应的受力分析示意图．（1）求物体A的密度．（2）小雨重，两只脚的受力面积为，某次提升过程中，当小雨对滑轮组的拉力为时，求小雨对地的压强．（3）为了测试绳子能承受的最大拉力，如图甲，小雨让物重从逐渐开始增加，直到绳子被拉断．此过程中滑轮组机械效率与物重关系的图像如图丙所示，．若用这类绳子和这个滑轮组组成如图乙所示的滑轮组从水中提升与A同种材料的正方体B，当B有体积露出水面时，绳子恰好达到最大承受力，求正方体B的重力．（不计绳重和摩擦）【答案】（1）（2）（3）2000N【详解】(1)物体的密度为：．(2)对小雨受力分析，如图：地面对小雨