物理知识与生活生产联系密切，图甲是实际打捞某沉底的圆柱体实心货物过程的简化示意图，在整个提升过程中，货物始终以0.1m/s的速度沿竖直方向匀速上升，图乙是钢丝绳对货物的拉力F1随圆柱体实心货物被提起的高度h变化的图象，己知电动机对钢丝绳的拉力F的功率是0.4kW，钢丝绳的重、轴的摩擦及水对沉船的阻力均忽略不计，动滑轮的重力不能忽略（河水的密度取1.0×103kg/m3，g取10N/Kg），求：（1）货物浸没水中受到的浮力是多少？（2）货物的密度是多少？（3）未打捞时，沉底的货物的上表面受到水的压强多大？（
2019-06-20
物理知识与生活生产联系密切，图甲是实际打捞某沉底的圆柱体实心货物过程的简化示意图，在整个提升过程中，货物始终以0.1m/s的速度沿竖直方向匀速上升，图乙是钢丝绳对货物的拉力F1随圆柱体实心货物被提起的高度h变化的图象，己知电动机对钢丝绳的拉力F的功率是0.4kW，钢丝绳的重、轴的摩擦及水对沉船的阻力均忽略不计，动滑轮的重力不能忽略（河水的密度取1.0×103kg/m3，g取10N/Kg），求：
（1）货物浸没水中受到的浮力是多少？
（2）货物的密度是多少？
（3）未打捞时，沉底的货物的上表面受到水的压强多大？
（4）货物完全离开水面后继续上升过程中滑轮组的机械效率是多少？
优质解答
（1）由图象可知，0～40cm物体浸没在水中受到的拉力F′=1×103N，
在100s后物体开始离开水面受到的拉力即物体的重力G=3×103N，
则物体浸没在水中时所受的浮力：
F浮=G-F′=3×103N-1×103N=2×103N；
（2）由F浮=ρ水gV排可得，货物受到的浮力：
V=V排==| 2×103N |
| 1.0×103kg/m3×10N/kg |
=0.2m3，
货物的密度：
ρ====1.5×103kg/m3；
（3）由图乙可知，h=40cm时物体上表面开始离开说明，
则未打捞时，货物上表面的深度h=40cm=0.4m，
货物上表面受到水的压强：
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.4m=4×103Pa；
（4）由图可知，滑轮组绳子的有效股数n=4，
由P=Fv可得，电动机对钢丝绳的拉力：
F====1×103N，
滑轮组的机械效率：
η=×100%=×100%=×100%=×100%=×100%=75%．
答：（1）货物浸没水中受到的浮力是2×103N；
（2）货物的密度是1.5×103kg/m3；
（3）未打捞时，沉底的货物的上表面受到水的压强为4×103Pa；
（4）货物完全离开水面后继续上升过程中滑轮组的机械效率是75%．
（1）由图象可知，0～40cm物体浸没在水中受到的拉力F′=1×103N，
在100s后物体开始离开水面受到的拉力即物体的重力G=3×103N，
则物体浸没在水中时所受的浮力：
F浮=G-F′=3×103N-1×103N=2×103N；
（2）由F浮=ρ水gV排可得，货物受到的浮力：
V=V排==| 2×103N |
| 1.0×103kg/m3×10N/kg |
=0.2m3，
货物的密度：
ρ====1.5×103kg/m3；
（3）由图乙可知，h=40cm时物体上表面开始离开说明，
则未打捞时，货物上表面的深度h=40cm=0.4m，
货物上表面受到水的压强：
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.4m=4×103Pa；
（4）由图可知，滑轮组绳子的有效股数n=4，
由P=Fv可得，电动机对钢丝绳的拉力：
F====1×103N，
滑轮组的机械效率：
η=×100%=×100%=×100%=×100%=×100%=75%．
答：（1）货物浸没水中受到的浮力是2×103N；
（2）货物的密度是1.5×103kg/m3；
（3）未打捞时，沉底的货物的上表面受到水的压强为4×103Pa；
（4）货物完全离开水面后继续上升过程中滑轮组的机械效率是75%．