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用如图所示的滑轮组从15m深的水池中(水池面积很大,达几百平方米)提起底面积为2...

用如图所示的滑轮组从15m深的水池中(水池面积很大,达几百平方米)提起底面积为200cm2,高2m的圆柱形实心物体,已知该物体的密度为2.5×103kg/m3,物体以0.2m/s的速度被匀速提起,力F作用的绳子所能承受的最大拉力为350N,(不计摩擦及滑轮重)问:

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(1)物体浸没水中时受到的浮力是多大?

(2)在物体未露出水面的过程中,绳子自由端的拉力的功率是多大?

(3)物体匀速提起时,经多长时间绳子被拉断?

 

(1)400N(2)120W(3)67.5s 【解析】 试题分析:(1)物体浸没在水中时,V排=V=4×10-2m3,此时受到的浮力:F浮=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×4×10-2m3=400N; (2)由于是n=2的滑轮组吊着圆柱体,所以绳子自由端的力F=0.5T,其中T为圆柱体对动滑轮的拉力. 由图可知,T=G-F浮=1000N-400N=600N,所以绳子自由端的拉力F=0.5T=0.5×600N=300N.绳子自由端的速度为物体上升速度的二倍为0.4m/s,所以绳子自由端的拉力的功率是P=Fv=300N×0.4m/s=120W; (3)当绳子被拉断时,绳子受到的拉力F′=350N,动滑轮对圆柱体的拉力T′=2F′=700N, 此时的浮力为:F浮′=G-T′=1000N-700N=300N,V排′=F浮′/ρ水g=300N/1×103kg/m3×10N/kg=0.03m3, 物体浸入水中的长度h′为:h′=V排′/S=0.03m3/0.02m2=1.5m,物体上升的高度为:L=H-h′=15m-1.5m=13.5m, 圆柱体运动的时间:t=L/v=13.5m/0.2m/s=67.5s。 考点:浮力;滑轮组  
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压力F/N

0

50

100

150

200

250

300

电阻R1

300

250

200

150

100

50

0

 

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