践行者初中物理力学典题详解第462题

17.如图所示，某工人重600N，站在水平面上，用200N的拉力竖直向下匀速拉动绳子，提起一浸没在水中物体，物体重力540N。已知工人双脚与地面的总接触面积是²，完全拉出水面后，人对地的压强为，始终匀速直线拉动重物。忽略水对物体的阻力和空气的阻力，假定绳重和摩擦力始终不变，ρ水=1×10³kg/m3，g=10N/kg)求:

⑴浸没水中时，匀速拉动绳子时工人对地面的压强：

⑵物体浸没在水中时受到的浮力；

⑶物体的密度：

⑷提起物体（没有拉出水面时）滑轮组的机械效率。

解析:1由题意可知:

①G人=600N，S人=²=5×10⁻²m²，

当物体完全拉出水面后，人对地的压强为P=，

②G物=540N，

③当物体浸没在水中时，人对绳的拉力F'=200N，

④动滑轮承担力的绳子的股数n=3，

⑤人始终匀速拉动绳子，物体始终匀速上升

⑥忽略水对物体的阻力和空气的阻力，

⑦假定绳重和摩擦力始终不变；

2当物体被拉出水面后:

①人对地面的压力F压=PS人

=×5×10⁻²m²=360N，

则由相互作用可知:地面对人的支持力

F支=F压=360N；

②对人进行受力分析，

可知他在竖直方向共受到以下三个力:

ⅰG人=600N↓，

ⅱF支=360N↑，

ⅲ绳对人的拉力，亦即人对绳的拉力F↑(↓)，

由平衡条件可知:F=G人-F支

=600N-360N=240N；

③G动=nF-G物

=3×240N-540N=180N；

3当物体浸没在水中时:

①等效重力G'=G物-F浮=nF'-G动

则F浮=G物-nF'+G动

=540N-3×200N+180N=120N，

V物=V排=F浮/ρ水g

=120N/1×10³kg/m3×10N/kg

=1.2×10⁻²m³，

ρ物=G物/gV物

=540N/1.2×10⁻²m³×10N/kg

=4.5×10³kg/m³

②此种情景下，对人进行受力分析，

可知他在竖直方向共受到以下三个力:

ⅰG人=600N↓，

ⅱF支'↑，

ⅲ人对绳的拉力，亦即绳对人的拉力F'=200N↓(↑)，

由平衡条件可知:F支'=G人-F'

=600N-200N=400N，

由相互作用可知:F压'=F支'=400N，

则此时人对地面的压强P'=F压'/S人

=400N/5×10⁻²m²=；

③η=G'h/F'nh×100%

=G'/F'n×100%

=(G物-F浮)/nF'×100%

=(540-120)N/3×200N×100%

=70%。

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