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我国某颗返回卫星约是一边长为2m的封闭式正方体,其总质量为1.0×104㎏.回收...

我国某颗返回卫星约是一边长为2m的封闭式正方体,其总质量为1.0×104㎏.回收时,落回预定水域的10m深处,假设用如图所示的打捞船上的装置匀速吊起,从卫星的上表面露出水面到下表面刚好离开水面的过程中,卫星受到的浮力是变化的,我们可以用一个恒力来代替,这个恒力的大小等于卫星受到的最大浮力的1/2,不计
绳重和绳在水中受到的浮力,以及绳与滑轮间的摩擦.(g取10N/㎏,ρ=1.0×103㎏/m3
(1)定滑轮的作用是什么?
(2)起吊之前,卫星下表面受到水的压力是多大?
(3)将卫星匀速吊起后在上表面未露出水面之前,作用在钢绳上A点的水平拉力是多大?
(4)将卫星从水底打捞至下表面刚好离开水面的过程中,作用在A点的水平拉力做了多少功?

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(1)由定滑轮的特点分析; (2)由p=ρgh先计算出水产生的压强,再由F=pS计算卫星下表面受到水的压力; (3)作用在钢绳上A点的水平拉力F′=G-F浮,计算出物重和浮力后可算出; (4)水平拉力做的功分成两部分,卫星完全在水下做的功W1,和出水时做的W2,分别计算. 【解析】 (1)使用定滑轮可以改变用力的方向. (2)水产生的压强p=ρ水gh=1000kg/m3×10N/㎏×10m=105Pa, 卫星下表面受到水的压力F=pS=105Pa×2m×2m=4×105N. (3)卫星的重力G=mg=1.0×104㎏×10N/㎏=105N, 浮力F浮=ρ水gV=1000kg/m3×10N/㎏×8m3=8×104N, 作用在钢绳上A点的水平拉力F′=G-F浮=105N-8×104N=2×104N. (4)卫星完全在水下做的功W1=F′(h-a)=2×104N×(10m-2m)=1.6×105J, 出水时做的W2=F1a=(G-F浮)a=6×104N×2m=1.2×105J, 故对卫星做的功W=W1+W2=1.6×105J+1.2×105J=2.8×105J, 答:定滑轮的作用是改变了用力的方向;卫星下表面受到水的压力为4×105N; 作用在钢绳上A点的水平拉力为2×104N;对卫星做的功2.8×105J.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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