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(2009?宣武区一模)如图所示,是一个上肢力量健身器示意图.配重A受到的重力为350N,其底面积为5×10-2m2.B、C都是定滑轮,D是动滑轮;杠杆EH可绕O点在竖直平面内转动,OE=3OH.小明受到的重力为500N,当他通过细绳在H点分别施加竖直向下的拉力T1、T2时,杠杆两次都在水平位置平衡,小明对地面的压力分别为F1、F2,配重A受到的拉力分别为FA1、FA2,配重A对地面的压强分别为p1、p2,且两次A对地面的压强相差2×103Pa.已知F1:F2=4:3,p1:p2=3:2.杠杆EH和细绳的质量及滑轮组装置的摩擦力均忽略不计.求:
(1)拉力FA2与FA1之差;
(2)小明对地面的压力F1
(3)当小明通过细绳在H点施加竖直向下的拉力T3时,配重A匀速上升2cm,此时滑轮组的机械效率η.(请画出相关受力分析图)
分析:(1)以物体A为研究对象做出受力分析图,根据力的平衡列出等式得出拉力差的表达式,利用F=ps和两次A对地面的压强差即可求得拉力差的大小;
(2)分别以人、杠杆、动滑轮为研究对象进行受力分析,根据力的平衡和杠杆的平衡条件得出等式,再根据相互作用力的大小相等解等式得出F1和F2之间的关系,再利用F1、F2的比值关系求出小明对地面的压力F1的大小;
(3)先根据配重A两次对地面的压强关系求出第一次对地面的压强,利用p=Fs求出A对动滑轮的拉力;再根据力的平衡和杠杆的平衡条件求出人对动滑轮的拉力,从而根据它们和动滑轮重力之间的关系求出动滑轮的重力;由A匀速上升可知此时动滑轮下端绳子的拉力,根据F=
1
n
(G+G)
求出杠杆对动滑轮向上的拉力;最后根据η=
W
W
=
G h
Fs
=
Gh
Fnh
=
G
Fn
求出此时滑轮组的机械效率η.
解答:解:(1)以物体A为研究对象,受力分析如图1、2所示.

物体A处于静止状态:
∵GA=N1+FA1-----①
GA=N2+FA2------②
∴②-①式得:FA2-FA1=N1-N2=(p2-p1)SA=pSA=2×103Pa×5×10-2m2=100N;
(2)以人为研究对象,受力分析如图3、4所示.

人处于静止状态:
∴G=F1′+T1′-------③
G=F2′+T2′---------④
∴④-③式得:T2′-T1′=F1′-F2′;
对动滑轮受力分析如图5、6所示:

绳子对杠杆的拉力:
F=
1
3
(FA1+G)------------⑤
F′=
1
3
(FA2+G)-----------⑥
对杠杆进行受力分析如图7、8所示:

根据杠杆平衡条件:
F×OE=T1×OH,
F′×OE=T2×OH
∵OE=3OH
∴FA1+G=T1-------⑦
FA2+G=T2-------⑧
∴由⑤⑥两式和⑧-⑦式得;T2-T1=FA2-FA1=100N,
∵T1′=T1,F1′=F1,T2′=T2,F2′=F2
∴F1=G-T1,F2=G-T2
∴F1-F2=T2-T1=FA2-FA1=100N,
∵F1:F2=4:3
∴F1=400N,F2=300N;
(3)∵p1:p2=3:2,p2-p1=2×103Pa,
∴P1=6×103Pa,
由①式得:FA1=G1-P1SA=350N-6×103Pa×5×10-2m2=50N,
由③式得:T1=G-F1=500N-400N=100N,
由⑦式得:G=T1-FA1=100N-50N=50N,
∵配重A匀速上升,
∴动滑轮下端绳子的拉力F=GA=350N,
杠杆对动滑轮向上的拉力:F=
1
3
(F+G)=
1
3
(350N+50N)=
400N
3

滑轮组的机械效率:
η=
W
W
=
F
Fn
=
350N
400
3
N×3
=87.5%.
答:(1)拉力FA2与FA1之差为100N;
(2)小明对地面的压力F1为400N;
(3)当小明通过细绳在H点施加竖直向下的拉力T3时,配重A匀速上升2cm,此时滑轮组的机械效率为87.5%.
点评:本题是力学中难度较大的计算题,涉及简单机械(杠杆、滑轮)和压强的综合,求解时注意根据题干先分清研究的对象,对其进行受力分析,然后逐个解答.
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相关习题

科目:初中物理 来源: 题型:

(2009?宣武区一模)小丽测量标有“2.5V”字样小灯泡的电功率.实验桌上备有以下实验器材:待测小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、电源、开关各一个;导线若干.
(1)请你在实物连接图中用笔画线代替导线将电压表连入电路.
(2)开关闭合前,滑动变阻器的滑片应移到
B
B
端.这样做能对电路起保护作用,在此实验过程中滑动变阻器的另一个作用是
改变电路电阻从而改变小灯泡两端的电压
改变电路电阻从而改变小灯泡两端的电压

实 验 序 号 1 2 3 4 5 6
小灯泡两端的电压U/V 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 2.8
通过小灯泡的电流I/A 0.08 0.10 0.14 0.18 0.20 0.22
小灯泡消耗的电功率 0.04 0.10 0.21 0.36 0.50 0.62
小灯泡的发光亮度 不发光 很暗 较暗 较亮 正常发光 很亮
(3)若开关闭合后,小丽发现电流表有示数,电压表示数为零,则可能的原因是
小灯泡短路
小灯泡短路

(4)排除故障后,小丽通过实验得到的数据记录如下表.你通过分析表中的实验数据,可得到:小灯泡发光亮度与其消耗的电功率之间的关系,除此之外你还能发现:灯泡的电阻值
随小灯泡两端电压升高,灯泡电阻变大
随小灯泡两端电压升高,灯泡电阻变大

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科目:初中物理 来源: 题型:

(2009?宣武区一模)某课外实验小组在实验时需要用一个纯电阻元件,其上标有“?V,P额”字样,其额定电压值模糊不清,额定电功率值
清晰.若要正确使用这个元件,需知道它的额定电压值.实验室中有以下实验器材:符合要求的电源一个,电流表一只,电键两
个,定值电阻R0,导线若干.请你利用上述器材,通过实验测量,得出此元件的额定电压值.  
(1)根据所学电学知识,只要测量出此元件的
电阻
电阻
,即可计算出它的额定电压值.
(2)请你帮助他们设计实验电路图,并画在右边的方框内.
(3)实验步骤:a.按照设计电路连接电路元件.
b.
闭合S1,断开S2,记下电流表示数I1
闭合S1,断开S2,记下电流表示数I1

c.
闭合S2、S1,记下电流表示数I2
闭合S2、S1,记下电流表示数I2

d.断开电路,整理器材.
e.用已知量和测得量表示出此元件额定电压的计算公式:U额=
P I1R0
I2 -I0
P I1R0
I2 -I0

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科目:初中物理 来源: 题型:阅读理解

(2009?宣武区一模)小明利用实验探究“使用同一滑轮组提升不同的物体,滑轮组机械效率与所提升的物体重力大小的关系”,请你帮助他设计一个实验方案,探究上述问题.
(1)实验桌上已备有部分实验器材,如图所示,请你写出还需要的实验器材:
质量相同的钩码6个;刻度尺1只
质量相同的钩码6个;刻度尺1只

(2)实验步骤:①弹簧测力计调零后,将滑轮组如图所示组装;
②将刻度尺竖直立于滑轮组装置的右侧
②将刻度尺竖直立于滑轮组装置的右侧

③在动滑轮下依次挂1个钩码,用弹簧测力计拉住绳端,竖直向上缓慢匀速拉动上升一段距离,分别记录绳端移动距离s和钩码移动距离h,并将所挂钩码的质量m和弹簧测力计的示数F记录在表格中
③在动滑轮下依次挂1个钩码,用弹簧测力计拉住绳端,竖直向上缓慢匀速拉动上升一段距离,分别记录绳端移动距离s和钩码移动距离h,并将所挂钩码的质量m和弹簧测力计的示数F记录在表格中

④在动滑轮下依次挂2个、3个、4个、5个、6个钩码,重复步骤③并将每次所挂钩码的总质量m和弹簧测力计的示数F分别记录在表格中
④在动滑轮下依次挂2个、3个、4个、5个、6个钩码,重复步骤③并将每次所挂钩码的总质量m和弹簧测力计的示数F分别记录在表格中

⑤利用公式η=
W
W
=
mgh
Fs
计算出六次提升不同重量的钩码,滑轮组的机械效率η1、η2、η3…η6,并将数据记录在表格中
⑤利用公式η=
W
W
=
mgh
Fs
计算出六次提升不同重量的钩码,滑轮组的机械效率η1、η2、η3…η6,并将数据记录在表格中

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科目:初中物理 来源: 题型:

(2009?宣武区一模)用燃气灶将一壶质量为2kg的冷水加热,水温从10℃升高到100℃,求:壶内的水吸收的热量是多少?[c=4.2×103J/(kg?℃)].

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