(16)力学综合计算题(含答案)专题突破(十六)[力学综合计算题]1．[2015·海淀一模] 图Z16－3是某建筑工地利用滑轮组和卷扬机提起重物的示意图。

当以速度v1匀速提起质量为m1的建筑材料时，滑轮组的机械效率为η1，卷扬机拉力的功率为P1；当以速度v2匀速提起质量为m2的建筑材料时，滑轮组的机械效率为η2，卷扬机拉力的功率为P2。

若η2－η1＝5%，P1∶P2＝2∶3，m1＝90 kg，动滑轮受到的重力G动＝100 N。

滑轮与轴的摩擦、细绳受到的重力忽略不计，g＝10 N/kg。

求：(1)提起质量为m1的建筑材料时，卷扬机对绳的拉力F1。

(2)两次工作过程中，建筑材料上升的速度v1与v2之比。

图Z16－32．[2015·门头沟二模] 某科技小组设计的提升重物的装置如图Z16－4所示，C是定滑轮，3．[2015·朝阳一模] 如图Z16－5所示是某科技小组设计的打捞水中物体装置的示意图。

在湖底有一个体积为0.02 m3实心铸铁球，其所受重力为1400 N，现用滑轮组将铸铁球打捞出水面，铸铁球浸没在水中和完全露出水后作用在绳子自由端的拉力分别为F1、F2，且F1︰F2＝15︰17。

作用在绳子自由端的拉力做功的功率保持340 W不变。

不考虑滑轮组摩擦、绳重和水的阻力，g取10 N/kg。

求：(1)铸铁球浸没在水中时受到的浮力。

(2)铸铁球浸没在水中匀速上升的过程中，滑轮组的机械效率。

(3)铸铁球提出水面后匀速上升的速度。

图Z16－54．[2015·平谷一模] 如图Z16－6所示，渗水井的排水管的管口恰好被一块底面积为0.2 m2、高为0.3 m的圆柱形石块盖严，渗水井中有1.5 m深的水不能排放，小明站在地面上通过滑轮组将石块提出渗水井。

当石块被提起，并在水速度匀速竖直上升时，小明对绳子的拉力中以v1为F1，小明拉绳的功率为P1，滑轮组的机械效率为75%；当水被全部排出，石块以v速度匀速竖2直上升时，小明对绳子的拉力为F2，小明拉绳的功率为P2。

已知：v1∶ v2＝4∶3，P1∶P2＝8∶9，g取10 N/kg，不计绳的质量和滑轮与轴的摩擦。

求：(1)石块未提起时，水对石块顶部的压力。

(2)石块被提起，并在水中匀速上升时受到的浮力。

(3)石块的密度。

图Z16－65．[2015·石景山二模] 工人用如图Z16－7甲所示的滑轮组运送建材上楼，每次运送量不定。

滑轮组的机械效率随建材重变化的图像如图乙所示，不计滑轮和钢绳的重力及摩擦，g取10 N/kg。

(1)若某块建材的密度是2.8×103kg/m3，体积为1.0×10－2m3，求其重为多少？(2)若工人在1 min内将建材匀速竖直向上提升了15 m，作用在钢绳上的拉力为200 N，求拉力的功率？(3)若滑轮组的机械效率最大值为75%，求工人的体重？图Z16－76．[2015·怀柔一模] 某科技小组设计从水中打捞重物A的装置如图Z16－8所示，小文站在地面上通过滑轮组从水中提升重为1200 N的物体A。

当物体A在水面下，小文以拉力F1匀速竖直拉动绳子，滑轮组的机械效率为η1；当物体A完全离开水面，小文以拉力F2匀速竖直拉动绳子，滑轮组的机械效率为η2。

已知：物体A 的密度为3×103kg/m3，小文同学的重力为600 N，η1∶η2＝14∶15。

不计绳的质量和滑轮与轴之间的摩擦，g取10 N/kg。

求：(1) 重物A在水面下受到的浮力。

(2) 动滑轮的重力。

图Z16－87．[2015·顺义二模] 工人用如图Z16－9所示的滑轮组将石板A吊起并放在货车上。

当工人用F1的力竖直向下拉绳子时，石板A未被拉起，此时石板A对水平地面的压力为N1，工人对水平地面的压强为p1；当工人用F2的力竖直向下拉绳子时，石板A匀速竖直上升，此时工人对水平地面的压强为p2。

已知：石板A的质量为100 kg，工人的质量为70 kg，F1∶F2＝1∶2，p1∶p2＝5∶3，不计绳重和摩擦，g取10 N/kg。

求：(1)动滑轮的重力。

(2)当工人用F1的力竖直向下拉绳子时，石板A对水平地面的压力N1。

(3)如果用该滑轮组匀速提升另一石板B时，滑轮组的机械效率为90%，则拉绳子的工人的质量不能小于多少千克(结果保留一位小数)。

图Z16－910．[2015·朝阳二模] 美化环境造福人民，朝阳区在治理北小河时修建一座桥，使用吊车向河底投放圆柱形混凝土构件如图Z16－10甲所示，在整个投放过程中，混凝土构件以0.05 m/s 的速度匀速竖直下降。

图乙是钢丝绳的拉力F随时间t变化的图像。

当t＝0 s时吊车开始投放混凝土构件，到100 s时结束，此时构件竖立在河中。

(已知混凝土的密度为2.8×103kg/m3，钢铁的密度为7.9×103kg/m3，g取10 N/kg，水的阻力可以忽略不计)求：(1)混凝土构件完全浸没在水中时所受的浮力。

(2)混凝土构件的体积。

(3)投放结束时混凝土构件顶部受到水的压强。

(4)通过计算说明这种混凝土构件有没有钢筋制作的骨架。

图Z16－10参考答案1．(1)由图知，滑轮组由两段绳子承担总重，提起质量为m1的建筑材料时，卷扬机对绳的拉力为F1；根据动滑轮受力关系可得：F1＝12(G1＋G动)＝12×(90 kg×10 N/kg＋100N)＝500 N。

(2)设两次建筑材料上升高度为h，则：η1＝G1hG1h＋G动h×100%＝G1G1＋G动×100%＝90 kg×10 N/kg90 kg×10 N/kg＋100 N×100%＝90%；由题意知，η2＝η1＋5%＝90%＋5%＝95%；由η2＝G2hG2h＋G动h×100%＝G2G2＋G动×100%得：G2＝G动η21－η2＝100 N×95%1－95%＝1900 N；提起m2所用的拉力F2＝12(G2＋G动)＝12×(1900 N＋100 N)＝1000 N；由P＝Fv得，第一次提升建筑材料时绳的速率v1′＝P1F1，则此时建筑材料上升的速率v1＝12v1′＝P12F1；第二次提升建筑材料时绳的速率v2′＝P2 F2，则此时建筑材料上升的速率v2＝12v2′＝P22F2；则v1v2＝P12F1∶P22F2＝P12F1×2F2P2＝P1P2×F2F1＝23×1000 N500 N＝43。

2．(1)根据G＝mg得物体A的重力：GA＝m A g＝100 kg×10 N/kg＝1000 N，小轩的重力：G人＝m人g＝55 kg×10 N/kg＝550 N，杠杆在水平位置平衡，小轩受到重力、拉力和地面对他的支持力而平衡，则：F支＋F拉＝G人，根据力的作用是相互的，小轩对地面的压力和地面对他的支持力相等，小轩拉绳和绳拉小轩的力相等，所以小轩对地面的压力F＝F支＝G－T ＝550 N－150 N＝400 N。

(2)杠杆平衡时，D端对滑轮组绳子自由端拉力为F D，根据杠杆的平衡条件：F D×OD＝T×OE，F D ＝T×OEOD＝150 N×21＝300 N，地面对A的支持力与A对地面的压力是一对相互作用力，由p＝FS 得：F支′＝F压＝pS＝3×103 Pa×5×10－2 m2＝150 N，所以滑轮组对A的拉力：F＝GA－F支′＝1000 N－150 N＝850 N，不计绳重和摩擦，滑轮组通过动滑轮绳子的段数n＝3，则有：F D＝13(F＋G动)，所以动滑轮重：G动＝3FD－F＝3×300 N－850 N＝50 N。

(3)若物体A对地面的压强恰好为零，绳子自由端拉力：F D′＝13(G A＋G动)＝13×(1000 N＋50 N)＝350 N，根据杠杆的平衡条件有：F D′×OD＝T′×OE，细绳在E点施加竖直向下的拉力T′＝FD′×ODOE ＝350 N×12＝175 N。

3．(1)F浮＝ρgV排＝1×103 kg/m3×10 N/kg ×0.02 m3＝200 N。

(2)由于不考虑滑轮组摩擦、绳重和水的阻力，则F1＝12(G′＋G动)，F2＝12(G＋G动)，已知F1∶F2＝15∶17，则12(G′＋G动)∶12(G＋G动)＝15∶17，G′＝G－F浮＝1200 N，所以，G动＝300 N，则F1＝12(G′＋G动)＝12×(1200 N＋300 N)＝750 N，F 2＝12(G ＋G动)＝12×(1400 N ＋300 N)＝850N ；根据η＝W 有用W 总＝Gh Fs ＝Gh Fnh ＝GFn可得：铸铁球浸没在水中匀速上升的过程中，机械效率η＝G ′F 1n ×100%＝1200 N750 N ×2×100%＝80%。

(3)由P ＝W t ＝Fst＝Fv 得：铸铁球提出水面后匀速上升时，绳子自由端的速度v 绳＝P F 2＝340 W850 N＝0.4 m/s ，则铸铁球提出水面后匀速上升的速度： v 物＝12v 绳＝12×0.4 m/s ＝0.2 m/s 。

4．(1)石块顶部所处的深度：h ＝1.5 m －0.3 m ＝1.2 m ，水对石块顶部的压强为：p ＝ρ水gh ＝1.0×103 kg/m 3×10 N/kg ×1.2m ＝1.2×104Pa ，而S ＝0.2 m 2，水对石块顶部的压力：F＝pS＝1.2×104 Pa×0.2 m2＝2400 N。

(2)石块被提起，浸没在水中，排开水的体积为V排＝V＝0.2 m2×0.3 m＝0.06 m3，受到的水的浮力：F浮＝ρ水gV排＝1×103 kg/m3×10 N/kg×0.06 m3＝600 N。

(3)当石块被提起，并在水中运动时，不计绳的质量和滑轮与轴的摩擦，η1＝W有用W总＝（G－F浮）h（G－F浮＋G轮）h＝G－F浮G－F浮＋G轮①F1＝13(G－F浮＋G轮)②拉力端移动的速度v1F＝3v1，P1＝F1v1F③当水全被排出，不计绳的质量和滑轮与轴的摩擦，F2＝13(G＋G轮)④拉力端移动的速度v2F＝3v2，P2＝F2v2F⑤已知v1∶v2＝4∶3，v1F∶v2F＝4∶3，因为P＝Fv，所以P1∶P2＝F2v1F∶F1v2F＝8∶9，即(F1×4)∶(F2×3)＝8∶9，1 3(G－F浮＋G轮)∶13(G＋G轮)＝2∶3，(G－F浮＋G轮)∶(G＋G轮)＝2∶3，3(G－F浮＋G轮)＝2(G＋G轮)，G轮＝3F浮－G，代入①得：η1＝G－F浮G－F浮＋G轮＝G－F浮G－F浮＋3F浮－G＝G－F浮2F浮，75%＝G－600 N 2×600 N，解得G＝1500 N，石块的密度：ρ＝mV＝150 kg0.06 m3＝2.5×103 kg/m3。