初中物理滑轮组及其工作特点计算题

如图甲为塔式起重机简易示意图，塔式起重机主要用于房屋建筑中材料的输送及建筑构件的安装。（动滑轮重、绳重及摩擦均不计， $g$取10牛 $/$千克）

（1）为保持平衡，起重臂的长度越长的塔式起重机，配备的平衡重的质量应越　　。

（2）图乙为起重机钢丝绳穿绳简化示意图，滑轮 $a$的作用是　　。若钢丝绳能承受的最大拉力为 $3\times {10}^4$牛，则能吊起货物的质量不能超过多少千克？

（3）若将重为 $1.2\times {10}^4$牛的货物由地面沿竖直方向匀速提升30米，再沿水平方向移动20米，则此过程中克服货物重力做功多少焦？

（4）若该起升电动机的效率为 $90\%$，将重为 $1.2\times {10}^4$牛的货物提升到30米的高度，用时50秒，则该起升电动机的实际功率是多少瓦？

在通讯线路的抢修现场，起重机正将一箱箱设备吊装到3m高的施工台上．其中起重臂下的钢绳是绕在一个动滑轮上的．若每箱设备均重4000N，施工台距离地面的高度为3m．如果起重机沿竖直方向匀速提升一箱设备时，动滑轮上每段钢绳的拉力为2500N，在忽略钢绳重和摩擦的情况下．

（1）动滑轮在提升这箱设备时的机械效率是多大？
（2）在安全操作的前提下，为了节省时间，加快施工进度，起重机同时将两箱设备以0.1m/s的速度匀速提升到施工台．求这种情况下，动滑轮上钢绳自由端拉力的功率为多大？

用如图所示的滑轮组提升水中的物体M，物体M高为3m，底面积为0.02m²，密度为4.5×10³kg/m³。物体M完全在水面下以0.2m/s速度匀速竖直上升的过程中，电动机加在绳子自由端的拉力为F，拉力F做功的功率为ρ，滑轮组的机械效率为η。已知电动机的输出功率为480W恒定不变，g取10N/kg，绳重、轮与轴的摩擦及水的阻力均可忽略不计。求：

（1）物体M完全在水面下时的浮力；
（2）物体M完全在水面下时滑轮组的机械效率η。
（要求：画出受力分析图）

随着人们生活水平的提高，不少居民小区都配备了健身房．小明每个周末回家都会到健身房锻炼，如图所示是小明最喜爱的用于锻炼臂力的健身拉力器结构示意图．如果小明每次向下拉动拉杆时，拉力为F=250N，在0.4s内使质量为m=20kg的配重块匀速升高到h=40cm后放手让其自由落下．不计拉杆和绳的重力，g取10N/kg．求：

（1）小明拉动拉力器的功率P；
（2）小明拉动拉力器过程中克服摩擦所做的功；
（3）在小明锻炼过程中拉力器的机械效率η．

如图甲所示底面积为0.2m²，高0.2m的质量均匀的长方体A，放置在水平面上，对地面的压强为6×10³Pa；一质量为80kg的工人站在水平地面上，用如图乙所示的滑轮组把A运到高处，工人用大小为F₁的竖直拉力拉绳使A以10cm/s的速度匀速上升，这时地面对工人的支持力为N₁，工人匀速拉绳的功率为P，滑轮组的机械效率为η₁。若工人以相同的功率用大小为F₂的竖直拉力拉绳使另一物体B以12.5m/s的速度匀速上升，这是地面对工人的支持力为N₂，滑轮组的机械效率为η₂。已知N₁:N₂=3:4，η₁:η₂=16:15。（g取10N/kg)求：

（1）物体A的密度；
（2）工人拉绳的的功率P；
（3）用滑轮组提升B时滑轮组的机械效率η₂。

小雨站在水平地面上，通过如图所示的滑轮组从井中提水（不计绳重及摩擦）。已知小雨的重力为500N、双脚与地面的接触面积为0.04m²，圆柱形水桶的底面积为0.2m²、容积为0. lm³（不计桶的厚度）。

（l）将空桶匀速下放的过程中（桶底未接触水面），小雨对地面的压强为1.15×l0⁴Pa，则桶和动滑轮总重是多少？
（2）向上提水，当桶底受到水向上的压强为2.5×10³Pa时，小雨对地面的压强为l×l0⁴Pa;小雨将水桶拉离水面后，匀速拉动过程中滑轮组的机械效率是多少？

在如图所示的“动力电路”中，电流从C点经电动机由 D点流出时电梯上升，反之电梯下降，当电梯超载时“超 载控制电路”中的压力传感器开关k₂断开，电磁继电器 和电动机都停止工作。

（1）请从A、B点画出两条电线连接到“超载控制电路” 对应的位置：当电梯上升时双刀双掷开关k₁连接到1、2、3的哪两个点？
（2）电梯从1楼上升到21楼共用时0.5min，每层楼高为3m，电梯的速度是多少？
（3）若配种为520kg，吊仓质量为500kg，乘坐10名平均质量为60kg的人，不计缆绳重力和一切摩擦阻力，在电梯上升21层匀速运动过程中，电动机的拉力时多少？ 配种和电动机所中功的总功率是多少？

体重为600N的小聪用如图所示的滑轮组来竖直提升物体A。当A以0.1m/s的速度匀速上升时，小聪对绳子的拉力F为400N，滑轮组的机械效率为80%（不计摩擦及绳重）。求：

（1）拉力F的功率；（2）物体A受到的重力；（3）小聪拉动绳子前后对地面的压强之比；（4）小聪使用该滑轮组能提起物体的最大重力。

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：

（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?

如图所示是利用起重机打捞水中物体的示意图，吊臂前端由滑轮组组成，动滑轮总重300Kg，绳重核摩擦不计．现在用此起重机从水中把质量为2×10³Kg，体积为0.8m³的物体G匀速提起，滑轮组上钢丝绳拉力F的功率为3KW（g=10N/Kg，ρ_水=1.0×10³Kg/m³）．求：

（1）物体完全浸没在水中时受到的浮力；
（2）物体离开水面前拉力F的大小；
（3）物体离开水面前上升的速度；
（4）物体离开水面前，滑轮组的机械效率多大．

如图所示，小明用滑轮组提升重为640N的物体A，当物体A完全在水面下被匀速提升的过程中，物体A所受浮力为80N，已知小明自身的重为600N，动滑轮重为120N，不计绳重、滑轮与轴的摩擦以及水的阻力，求：（g取l0N/kg）

(1)物体A密度为多少？
(2)小明对绳子竖直向下的拉力大小为多少？
(3)小明对地面的压力大小为多少？

有一根绳子，通过如图19甲所示的滑轮组，能够提起的最重的物体是A，物体再重绳子将断裂（不计绳重和摩擦）。求：

（1）将A匀速提高2m做的有用功为740J，则物重G_A为多少？
（2）若此时滑轮组机械效率为92.5%，人的体重为600N，每只脚与地的接触面积为2×10^-2m²，则人对地面压强为多少？绳子能承受的最大拉力为多少？
（3）若利用这根绳子和这些滑轮，组成图19乙所示滑轮组，利用它从水中缓慢提起（不计水的阻力）一个边长为3×10^-1m的正方体B，当提到B的下表面所受水的压强为2×10³Pa时绳子断裂。则正方体B的密度为多少？

(12分)我国南宋远洋商贸船“南海一号”于2007年成功打捞出水.为复原我国海上丝绸之路历史提供了极其珍贵的实物资料，采用沉井包裹沉船的整体打捞方式，在世界水下考古也是一大创新。某同学为了体验“南海一号”的打捞过程，特利用滑轮组从水下打捞一重物。
如图所示，用一个底面积S=0.05m²、高h=0.2m的长方体形状的重物模拟“南海一号”，该同学站在岸边拉动绳子自由端，使重物从水底开始向上运动,假定重物一直做竖直向上的匀速直线运动，并经历三个运动阶段：第一阶段，从重物在水度开始运动到重物的上表面面刚露出水面，绳对重物的拉力 F₁="140" N, 用时t₁=40s,第二阶段,从重物上表面刚露出水面到其下表面刚离开水面，用时t₂=4s，第三阶段，从重物下表面离开水面后在空中上升, 已知动滑轮所受重力G₀="60" N, ρ_水=1.0×10³kg/m³, g=10N/g,不计绳重、轮与轴之间的摩擦及水的阻力，不考虑重物出水前后质量的变化。求：

①在第一阶段运动中，水对重物的浮力F_浮为多大?
②在第一阶段运动中，绳对重物做功W₁为多大?
③滑轮组在第一阶段运动中的机械效率η₁和第三阶段运动中的机械效率η₃分別为多大?

用如图所示的滑轮组匀速提起重物，已知重量为60N的物体在3 s内上升1 m，所用的拉力是24N（不计绳重和摩擦）。求：

（1）滑轮组做的有用功；
（2）拉力做功的功率；
（3）此过程中滑轮组的机械效率（结果保留1个百分点）；
（4）若提升的重物为78N，作用在绳上的拉力是多少？

如图所示的滑轮组，某人用200N的拉力将重为480N的物体匀速提起2m，所用的时间为5s（不计摩擦和绳重）。求：

（1）总功及其功率各是多少？
（2）滑轮组的机械效率是多少？
（3）此动滑轮的重力为多少N？
（4）若用该滑轮组将重600N的物体匀速提升时，它的机械效率又是多少？