05含有滑轮组复杂装置的机械效率综合计算-【压轴必刷】2022中考物理力学压轴计算题难题专练

05含有滑轮组复杂装置的机械效率综合计算 1．如图甲是在岸边打捞水中物体的装置示意图，该装置由悬挂机构和提升装置两部分组成。悬挂机构由固定杆和杠杆构成，为杠杆的支点，。配重E通过绳子竖直拉着杠杆的端，其质量。安装在杠杆端的提升装置由一个支架、一个电动机Q、一个定滑轮K及数量未知的动滑轮（在虚线框内未画出）构成，其中支架和电动机Q的总质量，定滑轮K的质量。可利用遥控电动机拉动绳子的自由端，通过滑轮组提升浸没在水中的物体。在一次打捞一批实心材料的过程中，实心材料浸没在水中匀速竖直上升，此时电动机Q牵引绳子的功率为，绳子端的拉力为，实心材料上升的高度随时间变化的图像如乙图，地面对配重的支持力为。实心材料全部露出水面后匀速竖上升的过程中，绳子端的拉力为，地面对配重的支持力为，滑轮组的机械效率为。已知，，，被打捞的实心材料的密度，绳子和杆的质量、捆绑实心材料的钢丝绳的质量和体积、滑轮与轴及支点处的摩擦、水对实心材料的阻力均忽略不计，取。求： （1）实心材料浸没在水中匀速上升时的速度； （2）实心材料浸没在水中匀速上升时电动机牵引绳的功率； （3）实心材料露出水面后，滑轮组的机械效率。 1．(1) 0.2m/s；(2) ；(3) 【解析】 (1)从图乙可知，时间为40s时，实心材料浸没在水中上升高度为800cm，即8m，则速度为 故实心材料浸没在水中匀速上升时的速度。 (2)对动滑轮进行受力分析可知，实心材料全部露出水面后匀速竖直上升的过程中，拉力为 当物体全部浸没时，拉力的大小为 两式联立，即相除，即可得出， 整理可得 即可知道浮力的大小为 根据杠杆平衡原理，，杠左边绳子的拉力为 当物体全部浸没在水中时，对左边的滑轮组受力分析 实心材料全部露出水面后匀速竖上升的过程中，对左边的滑轮组受力分析 将带入整理可知， 将代入可知 则绳子移动的速度为 实心材料浸没在水中匀速上升时电动机牵引绳的功率 (3) 滑轮组的机械效率为 根据可知，实心物体的体积为 则实心物体的所受的重力为 实心材料露出水面后，滑轮组的机械效率 【答案】(1)实心材料浸没在水中匀速上升时的速度； (2) 实心材料浸没在水中匀速上升时电动机牵引绳的功率为； (3) 实心材料露出水面后，滑轮组的机械效率为90%。 2．如图所示，重为400N的工人用如图滑轮组在空气中提升一个450N的重物A时，机械效率为90%，现有一石材B沉没于水池底部（石材未与底部紧密接触），工人用该滑轮组要将其打捞上来。开始时工人用力但是没有拉动，继续增大拉力将石材拉起，在整个提升过程中，石材上升的s﹣t图像如图所示，在石材脱离水池底部至完全露出水面的过程中，人对绳子拉力的最大值与最小值之比为7：5，绳重及滑轮的摩擦均可忽略不计，石材的密度ρ石＝2.5×103kg/m3，取g＝10N/kg，人双脚的受力面积为400cm2，求： (1)动滑轮的重力； (2)提升A时人对地面的压强； (3)石材B出水前，人拉绳子的功率。 2．(1)50N；(2)1.25×104Pa；(3)25W 【解析】 解：(1)在不计绳重及滑轮的摩擦时，滑轮组的机械效率为 代入数据解得G动＝50N。 (2)在提升A时，由5段绳子与动滑轮相连，人对绳子的拉力为 F＝×（GA+G动）＝×（450N+50N）＝100N 由于物体间力的作用是相互的，绳子对人向下的拉力和人对绳子向上的拉力相等，所以人对地面的压力为 F压＝F+G＝100N+400N＝500N 提升A时人对地面的压强 (3)物体B在出水面前受重力、浮力和拉力，出水面后受重力和拉力，所以出水面前人对物体B的拉力小为 F小＝×（G动+GB﹣F浮B）＝×（G动+GB﹣ρ水VBg)＝×（G动+GB﹣）＝×（50N+GB﹣GB）＝×（50N+GB） 出水面后人对物体B的拉力大为 F大＝×（G动+GB）＝×（50N+GB） 因为人对绳子拉力的最大值与最小值之比为7：5解得 GB＝125N 石材B出水前，人拉绳子的力为 F小＝×（50N+GB）＝×（50N+×125N）＝25N 由图2知物体的速度为 因为有5段绳子拉着动滑轮，所以绳子的速度为 v′＝5v＝5×0.2m/s＝1m/s 人拉绳子的功率为 P＝Fv′＝25N×1m/s＝25W 【答案】(1)动滑轮的重力为50N； (2)提升A时人对地面的压强为1.25×104Pa； (3)石材B出水前，人拉绳子的功率为25W。 3．如图是工人将重160N的物体匀速放下的过程，已知当物体下降的距离为2m时，用时4s。工人的拉力为50N，工人质量为60kg。（物体未浸入水中，且不计绳重及摩擦） (1)求工人放绳的速度； (2)求滑轮组的效率η1； (3)如果物体完全浸没水中后滑轮的机械效率为η2，已知η1：η2＝4：3（物体在水中仍匀速下降，动滑轮不会