初中物理滑轮组绳子拉力的计算试题

2015年10月5日考古学家在黄海海域发现甲午海战沉船“致远舰”的消息轰动了整个考古界，随着水下考古工作的进行，一些重要文物近日陆续出水重见天日，关于这艘在海水中沉睡了120余年的战舰是如何被打捞起的谜题也逐步解开。现某课外活动小组，照此设计了如图所示的简单机械，模拟打捞沉船，实验中用实心立方体 $A$代替沉船，已知 $A$的体积为 $0.1m^3$，质量为 $280\mathit{kg}$（设整个过程 $A$均为匀速直线运动状态，忽略钢缆绳重及滑轮摩擦，不考虑风浪，水流等因素的影响）

（1） $A$完全浸没在水中时受到的浮力是多大？ $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

（2）若 $A$完全浸没在水中时，滑轮组的机械效率为 $60\%$，那么 $A$完全打捞出水面后，岸上钢绳的拉力 $F$为多大？

（3）若 $A$完全打捞出水面后，以 $0.1m/s$的速度被匀速提升，求岸上钢绳拉力 $F$的功率。

某工人使用如图甲所示的滑轮组匀速提升浸没在水中的实心物体 $A$，拉力的功率随时间的变化如图乙所示，已知动滑轮的重力为 $60N$，物体匀速上升的速度始终为 $1m/s$。（不计绳重，摩擦及阻力， ${\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$

求：

（1）物体浸没在水中时受到的浮力。

（2）物体的密度。

（3）物体浸没在水中时滑轮组的机械效率。

某工人使用如图甲所示的滑轮组匀速提升浸没在水中的实心物体 $A$，拉力的功率随时间的变化如图乙所示，已知动滑轮的重力为 $60N$，物体匀速上升的速度始终为 $1m/s$。（不计绳重，摩擦及阻力， ${\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$

求：

（1）物体浸没在水中时受到的浮力。

（2）物体的密度。

（3）物体浸没在水中时滑轮组的机械效率。

小李同学利用如图所示的滑轮组匀速提升重物。第一次提升的重物 $A$的重力为 $G_A$，加在绳子自由端的拉力为 $F_1$．重物上升的速度为 $v_1$，运动时间为 $t_1$；第二次提升的重物 $B$的重力为 $G_B$，加在绳子自由端的拉力为 $F_2$．重物上升的速度为 $v_2$，运动时间为 $t_2$．已知 $F_1:G_A=5:8$， $G_B:G_A=3:2$， $v_1:v_2=2:1$， $t_1:t_2=2:3$．动滑轮的重力不能忽略。不计绳重与摩擦的影响。下列对两个过程的分析中，正确的是 $($　　 $)$

A．拉力之比为 $F_1:F_2=7:8$

B．拉力的功率之比为 $P_1:P_2=10:7$

C．机械效率之比 ${\eta }_1:{\eta }_2=14:15$

D．额外功之比 $W_1:W_2=2:3$

如图所示，某考古队用滑轮组将重 $4.8\times {10}^{3}N$，体积为 $100d{m}^3$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 $95\%({\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg}$，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？

如图所示，下列简单机械中，忽略杠杆、滑轮的自重、绳重及摩擦，当提起同一重物时，最省力的是 $($　　 $)$

A．B．

C．D．

建筑工地上需要将6块相同的砖从地面运送到楼顶，工人师傅利用如图所示的装置，分三次运送。第一次运1块，第二次运2块，第三次运3块，每次运送时，砖都匀速上升，绳重及摩擦均忽略不计，这三次拉力依次为 $F_1$、 $F_2$、 $F_3$，效率为 ${\eta }_1$、 ${\eta }_2$、 ${\eta }_3$，则 $($　　 $)$

A． $F_1+F_2=F_3$B． $F_1+F_2>F_3$C． ${\eta }_1+{\eta }_2={\eta }_3$D． ${\eta }_1<{\eta }_2<{\eta }_3$

如图所示，某人用滑轮组匀速提升重为 $720N$的物体的过程中，他对水平地面的压强为 $5\times {10}^3\mathit{Pa}$，已知滑轮组的机械效率是 $75\%$，他双脚与水平地面的接触面积是 $4\times {10}^{-2}{m}^2$，求：

（1）他对绳子的拉力；

（2）此人所受的重力。

如图所示的滑轮组，每个滑轮重 $20N$，拉动绳子自由端，用这个滑轮组把质量为 $38\mathit{kg}$的重物匀速提升 $3m$，不计绳重和摩擦， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。下列正确的是 $($　　 $)$

A．作用在绳自由端的拉力大小为 $400N$

B．该过程做的有用功为 $1200J$

C．该过程的机械效率为 $95\%$

D．所挂物体越重，该滑轮组机械效率越小

小雨通过如图甲所示滑轮组将水中物体匀速提升至空中，他所用拉力 $F$与绳子自由端移动的距离 $s$的关系图象如图乙所示。其中物体在空中匀速上升过程中滑轮组的机械效率为 $85\%$．每个滑轮等重，不计绳重、摩擦和水的阻力。求：

（1）物体在空中上升 $1m$，小雨做的功是多少？

（2）每个滑轮的重力是多少？

（3）物体的密度是多少？

利用四个相同的滑轮，组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，用同样的时间，把质量相等的重物 $G$提升了相同的高度，所用的拉力分别为 $F_{甲}$、 $F_{乙}$，拉力做的功分别为 $W_{甲}$、 $W_{乙}$，拉力的功率分别为 $P_{甲}$、 $P_{乙}$，机械效率分别是 ${\eta }_{甲}$、 ${\eta }_{乙}$（忽略绳重与摩擦），下列关系式正确的是 $($　　 $)$

A． $F_{甲}<F_{乙}$　　　 ${\eta }_{甲}={\eta }_{乙}$B． $F_{甲}>F_{乙}$　    ${\eta }_{甲}>{\eta }_{乙}$

C． $W_{甲}>W_{乙}$     $P_{甲}>P_{乙}$D． $W_{甲}=W_{乙}$      $P_{甲}=P_{乙}$

如图所示，小汽车通过滑轮组从竖直矿井中提升矿石，矿石以 $1m/s$的速度匀速上升 $8m$，已知矿石重 $2700N$，动滑轮重 $300N$，不计绳的重力及滑轮摩擦，求该过程中：

（1）汽车拉力的大小；

（2）汽车拉力的功率；

（3）滑轮组的机械效率。

如图是某科技小组设计的在岸边打捞水中金属块的装置示意图，每个滑轮重为 $100N$，均匀实心金属块的密度为 $8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，金属块的质量为 $80\mathit{kg}$。绳重和摩擦、滑轮与轴的摩擦、水对金属块的阻力均忽略不计，金属块一直匀速上升。（水的密度 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）在金属块还未露出水面时，求此时金属块所受到的浮力；

（2）在金属块未露出水面时，求人的拉力 $F$；

（3）金属块在水中匀速上升 $2m$，且金属块未露出水面时，求人的拉力所做的功。

如图所示，甲、乙两套装置所用的滑轮质量相等。用它们分别将相同质量的重物匀速竖直提升，在相等时间内绳端 $A$、 $B$移动相同的距离（忽略绳重和摩擦），在此过程中，下列选项正确的是 $($　　 $)$

A．两重物上升的速度相等B．两滑轮组绳端的拉力相等

C．甲滑轮组的总功比乙少D．两滑轮组的机械效率相等

如图所示，重 $800N$的物体，在 $100N$水平拉力 $F$的作用下，以 $0.1m/s$的速度沿水平地面向左匀速直线运动了 $20s$，滑轮组的机械效率为 $60\%$．在此过程中，下列说法正确的是 $($　　 $)$

A．拉力 $F$做的功为 $400J$

B．物体与地面间的滑动摩擦力为 $180N$

C．额外功的功率为 $12W$

D．若物体的重力和运动速度不变，只增大水平地面的粗糙程度，则滑轮组的机械效率会降低