踐行者初中物理力學典題詳解第462題

17.如圖所示，某工人重600N，站在水平面上，用200N的拉力豎直向下勻速拉動繩子，提起一浸沒在水中物體，物體重力540N。已知工人雙腳與地面的總接觸面積是2，完全拉出水面后，人對地的壓強為，始終勻速直線拉動重物。忽略水對物體的阻力和空氣的阻力，假定繩重和摩擦力始終不變，ρ水=1×103kg/m3，g=10N/kg)求:

⑴浸沒水中時，勻速拉動繩子時工人對地面的壓強：

⑵物體浸沒在水中時受到的浮力；

⑶物體的密度：

⑷提起物體（沒有拉出水面時）滑輪組的機械效率。

解析:1由題意可知:

①G人=600N，S人=2=5×10?2m2，

當物體完全拉出水面后，人對地的壓強為P=，

②G物=540N，

③當物體浸沒在水中時，人對繩的拉力F'=200N，

④動滑輪承擔力的繩子的股數n=3，

⑤人始終勻速拉動繩子，物體始終勻速上升

⑥忽略水對物體的阻力和空氣的阻力，

⑦假定繩重和摩擦力始終不變；

2當物體被拉出水面后:

①人對地面的壓力F壓=PS人

=×5×10?2m2=360N，

則由相互作用可知:地面對人的支持力

F支=F壓=360N；

②對人進行受力分析，

可知他在豎直方向共受到以下三個力:

ⅰG人=600N↓，

ⅱF支=360N↑，

ⅲ繩對人的拉力，亦即人對繩的拉力F↑(↓)，

由平衡條件可知:F=G人-F支

=600N-360N=240N；

③G動=nF-G物

=3×240N-540N=180N；

3當物體浸沒在水中時:

①等效重力G'=G物-F浮=nF'-G動

則F浮=G物-nF'+G動

=540N-3×200N+180N=120N，

V物=V排=F浮/ρ水g

=120N/1×103kg/m3×10N/kg

=1.2×10?2m3，

ρ物=G物/gV物

=540N/1.2×10?2m3×10N/kg

=4.5×103kg/m3

②此種情景下，對人進行受力分析，

可知他在豎直方向共受到以下三個力:

ⅰG人=600N↓，

ⅱF支'↑，

ⅲ人對繩的拉力，亦即繩對人的拉力F'=200N↓(↑)，

由平衡條件可知:F支'=G人-F'

=600N-200N=400N，

由相互作用可知:F壓'=F支'=400N，

則此時人對地面的壓強P'=F壓'/S人

=400N/5×10?2m2=；

③η=G'h/F'nh×100%

=G'/F'n×100%

=(G物-F浮)/nF'×100%

=(540-120)N/3×200N×100%

=70%。

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