如图是工人将重160N的物体匀速放下的过程,已知物体下降的距离为3m,用时3s,工人的拉力为50N,工人质量为50kg。(物体未浸入水中,且不计绳重及摩擦)
(1)求工人放绳的速度。
(2)求滑舱组的效率η1
(3)如果物体完全浸没水中后滑轮的机械效率为η2,已知η1:η2=4:3(物体在水中仍匀速下降,动滑轮不会浸入水中且不计绳重及摩擦,g=10N/kg)。求当物体完全浸没水中后,工入对地面的压力。
见解析所示
【解析】(1)根据题意知道,物体下降速度是:v=h/t=3m/3s=1m/s;
由图知道滑轮组的有效绳子段数是n=4,所以工人放绳的速度是:v绳 =4v物 =4×1m/s=4m/s;
(2)因为n=4,所以绳子运动距离是:s=4h=4×3m=12m;
工人放绳子的有用功是:W有用=Gh=160N×3m=480J;
放绳子的总功是:W总 =Fs=50N×12m=600J;
所以,滑轮组的效率是:η1 =W有用/W总×100%=480J/600J×100%=80%;
(3)物体未浸入水中时,不计绳重及摩擦,动滑轮受到重物对它的拉力、本身的重力、绳子的拉力,由F=(G动+G)/n知道,动滑轮重力是:G动=4F-G=4×50N-160N=40N;
又因为η1:η2 =4:3,所以物体完全浸没水中后滑轮组的机械效率是:η2 =3η1/4 =3/4×80%=60%;
物体完全浸没水中后,滑轮组对物体的拉力做的功为有用功,不计绳重及摩擦,克服动滑轮重力做的功为额外功,则此时滑轮组的机械效率是:η2 =W′有用/W′总=F拉物h/F拉物h+G动h=F拉物/F拉物+40N=60%,解得F拉物 =60N;
当完全入水后,动滑轮受到重物向下的拉力、自身向下的重力、4段绳子向上的拉力,由力的平衡条件可知:4F绳=F拉物+G动,故人对绳子的拉力是:F绳=(F拉物 +G动)/4=(60N+40N)/4=25N,
此时人受竖直向下的重力、竖直向下的拉力、竖直向上的支持力,由于物体间力的作用是相互的,所以绳子对人的拉力也为25N;而人的重力是:G人=m人 g=50kg×10N/kg=500N,人受到竖直向上的支持力是:F支 =G人 +F绳=500N+25N=525N,根据物体间力的作用是相互的知道,则人对地面的压力是525N。
点睛:本题考查的是速度、有用功、总功、机械效率公式的应用,滑轮组拉力的计算,解题的关键是需要知道动滑轮重力不变,是一道有难度的试题。
如图,电源电压一定,已知灯泡L标有“6V,7.2W”字样(灯电阻不受温度影响),R1=10Ω。当S、S1,闭合,且滑片P在a端时,灯正常发光;当S、S2闭合,且P在滑动变阻器中点处时,电流表示数为0.2A。
(1)求灯泡L的电阻阻值。
(2)求滑动变阻器Rx的最大值。
(3)通过对S、S1、S2的控制和调节滑动变阻器,可使电路所消耗的总功率最小,请求出电路总功率的最小值。
见解析所示
【解析】(1)因为灯泡L标有“6V,7.2W”字样,所以由P=U2/R知道,灯泡L的电阻阻值是:RL =U额2/P额=(6V)2/7.2W=5Ω;
(2)由电路图知道,当S、S1 闭合,且滑片P在a端时,电路为灯泡L的简单电路,且灯正常发光,所以电源电压是:U=U额 =6V;
当S、S2 闭合时,R1 与Rx 串联,电流表测电路中的电流,当P在滑动变阻器中点处时,由串联电路特点和欧姆定律知道总电阻是:R1 +Rx /2=U/I,即:10Ω+Rx /2=6V/0.2A,所以滑动变阻器Rx的最大值是:Rx =40Ω;
(3)因为RL<R1,所以当闭合S、S2,并且滑片在b端时,R1与Rx 的最大阻值串联,电路的总电阻最大,总功率最小,且电路总功率的最小值是:P最小 =U2/R1+Rx=(6V)2/10Ω+40Ω=0.72W。
点睛:本题考查的是串联电路特点、欧姆定律以及电功率公式的应用,解题的关键是正确分析电路的连接方式,并知道灯光正常发光时两端电压等于其额定电压。
在“测量小灯泡额定功率”的实验中,小灯泡的额定电压为2.5V。
(1)将甲图中电路连接完整_________。(要求:滑动变阻器滑片P向右移灯泡变亮)
(2)正确连接电路后,闭合开关S,移动滑片P,小张发现小灯泡始终不亮,电流表无示数,电压表示数始终为3V,则故障原因为_________________
(3)电路故障排除后,闭合开关,移动滑片P,直到电压表示数为2.5V,此时电流表示数如图乙所示,则小灯泡的额定功率为_________W。
(4)小张设计了如图丙所示的电路也完成了该实验(电源电压不变,R阻值已知)
①闭合开关S和S1,,断开S2,并调节滑动变阻器使电压表示数为U额。
②团合开关S和S2,断开S1,,滑动变阻器滑片P不动,读出此时电压表示数为U;则小灯泡额定功率的表达式灯P额=_______。(用U额、R、U表示)
(1). (2). 灯泡断路 (3). 0.75 (4). 见解析所示
【解析】(1)由于滑片P向右移时灯泡变亮,所以说明此过程变阻器连入电路的阻值在减小,所以应将变阻器的B接线柱接入电路,如图:
(2)根据题意知道,电流表无示数,灯不亮,说明电路可能断路;电压表有示数,说明电压表与电源连通,即与电压表并联的支路以外的电路是完好的,所以应是电压表并联的灯泡断路了;
(3)由图乙知道,电流表的量程是0~0.6A,分度值是0.02A,所以电流表的示数是0.3A,故灯泡的额定功率是:P=UI=2.5V×0.3A=0.75W;
(4)根据题意知道,①当闭合开关S和S1,断开S2时,电压表测量灯泡的电压值,并调节滑动变阻器使电压表示数为U额。
②当闭合开关S和S2,断开S1时,灯泡与定值电阻仍是串联,电压表测量灯泡与定值电阻的电压,且要滑动变阻器滑片P不动,此时读出电压表示数为U,则定值电阻的电压是:U-U额,电路的电流是:IR =U-U额/R,所以小灯泡额定功率的表达式是:P额 =U额 I额 =U额IR =U额×(U−U额)/R=U额(U−U额)/R。
点睛:本题考查的是“测量小灯泡额定功率”的实验,涉及实物连接,故障分析,解题的关键是正确应用功率公式P=UI及欧姆定律。
在“研究影响液体内部压强”的实验中:
(1)压强计是通过观察U型管的两端液面的______来显示橡皮膜所受压强大小。
(2)比较图甲和图乙,可以初步得出结论:在同种液体中,液体内部压强随液体_______的增加而增大。
(3)如果我们要讨论液体内部压强是否与液体密度有关,应选择_________进行比较。
(4)已知乙图中U型管左侧液柱高为4cm,右侧液柱高为10cm,则U型管底部受到的液体的压强为__________Pa(p水=1×103kg/m3 g=10N/kg)
(1). 高度差 (2). 深度 (3). 乙、丙 (4). 1000
【解析】(1)压强计测量液体压强时,就是靠U形管两侧液面高度差来体现压强大小的,液面高度差越大,说明液体压强越大;
(2)由图甲和图乙知道,两杯中的液体密度相同、随着金属盒所处的深度增加,两侧液面高度差变大,即压强越大,所以,初步得出的结论是:在同种液体中,液体内部压强随液体深度的增加而增大;
(3)要讨论液体内部压强是否与液体密度有关,需要控制液体的深度相同、金属盒的方向相同、液体的密度不同,故应选择乙、丙两次实验进行比较;
(4)因为图乙中U形管的右侧与大气相通,所以U型管底部受到的液体的压强应是右侧液柱产生的,故U型管底部受到的液体的压强是:p=ρgh=1×103 kg/m3 ×10N/kg×0.1m=1000Pa。
点睛:本题考查的是“研究影响液体内部压强”的实验,解题的关键是掌握液体压强大小的影响因素,并利用控制变量法和转化法探究液体压强大小的影响因素。
如是小明在“探究平面镜成像的特点“的实验装置。
(1)你认为本实验小明应选择较________(选填“厚”或“薄”)的玻璃板来完成实验。
(2)在玻璃板前面放支点燃的蜡烛A再拿一支外形相同但不点燃的蜡烛B,竖立在玻璃板后面并移动,直到与蜡烛A的像完全重合,这样做是为了比较像与物的_______关系。
(3)移去蜡烛B,在其原位置上放置一块白屏,白屏上________(选填“能”或“不能”)呈现蜡烛的像。
(4)小明第一次将蜡烛A置于玻璃前5cm,第二次将A向远离玻璃板的方向移动3cm,再次放置B直到与蜡烛A的像完全重合,则A与B的间距为________cm。
(1). 薄 (2). 大小 (3). 不能 (4). 16
【解析】(1)因为厚玻璃板的两个面都可以当作反射面,即会出现两个像,而影响到实验效果,所以应选用薄玻璃板;
(2)在玻璃板前面放一支点燃的蜡烛A,再拿一支没点燃的相同的蜡烛B,在玻璃板后面移动,直至与蜡像A的像重合,说明像与物的大小相等,所以,这样做是为了比较像与物的大小关系;
(3)平面镜所成的像是虚像,虚像是不能成在光屏上的,所以移去蜡烛B,在其原位置上放置一块白屏,若观察者直接对屏观察,则在白屏上是不能呈现蜡烛的像;
(4)由于平面镜成像时,像距等于物距,根据题意知道,小明第一次将蜡烛A置于玻璃前5cm,第二次将A向远离玻璃板的方向移动3cm,所以此时蜡烛A距离玻璃板8cm,蜡烛B距离玻璃板也是8cm,即A与B的间距为16cm。
点睛:本题考查的是平面镜成像特点的实验,这是光学中的一个重点实验,需要熟练掌握,并学会灵活运用。
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