【2019最新】物理下册12、3机械效率浮力导学案新版新人教版

【2019最新】物理下册12、3机械效率浮力导学案新版新人教版用滑轮把物体在水中提升（省力，s=nh，v绳=nv物）；若忽略绳重及摩擦功率；1．如图所示是用滑轮组从水中匀速提升物体的情景（注：物体一直浸没在水中）。

已知物体重G1=400N，动滑轮重G动=50N，忽略绳重和摩擦，人对绳子拉力F=100N，求：（1）物体浸没在水中受到的浮力大小；（2）物体的密度大小；（3）滑轮组的机械效率。

【答案】解：（1）由图可知，n=3，∵忽略绳重和摩擦，∴滑轮组对物体的拉力：F拉=2F﹣G轮=2×100N﹣50N=150N，∵ G1=F浮+F拉，∴F浮=G1﹣F拉=400N﹣150N=250N；（2）∵F浮=ρ水V排g，∴，物体的体积：V=V排=0.025m3，物体的密度：（3）滑轮组的机械效率：答：（1）物体浸没在水中受到浮力的大小为250N；（2）物体的密度为1.6×103kg/m3；（3）滑轮组的机械效率75%。

【难易】中等【考点】阿基米德原理；滑轮（组）的机械效率【解析】（1）由图可知，承担物重的绳子股数n=2，忽略绳重和摩擦，利用求滑轮组对物体的拉力，而物体重等于物体受到的浮力加上拉力，据此求物体浸没在水中受到浮力的大小；（2）知道物体重可求物体的质量，利用阿基米德原理求物体排开水的体积（物体的体积），再利用密度公式求物体的密度；（3）利用公式求滑轮组的机械效率。

2．用如图所示的滑轮组匀速提升水中物体，当重物浸没在水中时，绳端拉力为250N，滑轮组的机械效率为80%。

当重物离开水面时，绳端拉力为350N，忽略绳重和摩擦及水的阻力，求：（1）重物的密度；（2）动滑轮重力；（3）出水面后滑轮组的机械效率（保留两位有效数字）。

【答案】解：【难易】较难【考点】阿基米德原理；滑轮（组）的机械效率【解析】（1）由图可知，承担物重的绳子股数n=3，忽略绳重和摩擦，利用结合机械效率，即可求出动滑轮的重力；（2）结合F2求出物重，利用阿基米德原理求物体排开水的体积（物体的体积），再利用密度公式求物体的密度；（3）利用公式求滑轮组的机械效率。

3．如图所示的滑轮组提升水中物体A，若物体的质量为140kg，体积60dm3，滑轮组的机械效率为80%（本题g取10N/kg，忽略绳重和摩擦，求：（1）物体A在水中被匀速提升时，拉力F是多大？（2）如果动滑轮挂钩用钢丝绳与物体相连，而滑轮组绳索能承受到最大拉力为350N，当物体露出水面体积多大时，绳子会断？【答案】解：由题意可知绳子股数是4，物体重力G物=mg=140kg×10N/kg=1400N，物体体积V物=60dm3=0.06m3（1）物体A浸没在水中，受到了水对他施加的竖直向上的浮力：F浮=ρ水V物g=1.0×103kg/m3×0.06m3×10N/kg=600N．此时机械效率：η=，由此公式可得：==250N（2）“滑轮组绳索能承受到最大拉力为350N”即此时拉力F′=350N设物体露出水面部分体积为V露，则有η=，滑轮组的机械效率不变，代入数字：80%=V露=3.2×10﹣2m3答：物体A在水中被匀速提升时，拉力F是250N；如果动滑轮挂钩用钢丝绳与物体相连，而滑轮组绳索能承受到最大拉力为350N，当物体露出水面体积为3.2×10﹣2m3。

【难易】中等【考点】滑轮（组）的机械效率；浮力大小的计算【解析】（1）首先我们先来判断承担重物的绳子股数，很明显绳子股数是4，接着我们要思考，这4段绳子承担的是物重吗？物体A浸没在水中，必然要受到水对它的浮力，所以这4段绳子承担的是重力（包括动滑轮重、绳重及摩擦）和浮力的差值．这是解答本题的关键．然后根据滑轮组机械效率的计算公式η=，推导得出得：，而F浮=ρ液V排g．（2）“滑轮组绳索能承受到最大拉力为350N”也就告诉了我们绳子的拉力按350N进行计算．同样，根据上面的公式即可求出F浮，继而求出V排，再用V物减去V排即为露出水面的体积。

4．工人用滑轮组提升水中实心物体A，与动滑轮相连的各段绳子都竖直，已知物体A的体积为40dm3，物体A的质量为160kg，工人的质量为70kg，当工人竖直匀速拉动物体A上升2m的过程中（物体A 未露出水面），如图所示，工人对水平地面的压力为200N，g取10N/kg，求此过程中滑轮组的机械效率。

【答案】解：（1）工人的重力：G人=m人g=70kg×10N/kg=700N，∵人对地面的压力：F压=G人﹣F，∴使用滑轮组绳子自由端的拉力：F=G人﹣F压=700N﹣200N=500N，由图知，n=3，则绳子自由端移动的距离：s=3h=3×2m=6m，工人做的总功：W总=Fs=500N×6m=3000J；（2）物体A受到的重力：G A=m A g=160kg×10N/kg=1600N，物体A受到的浮力：F浮=ρ水V排g=ρ水V A g=1×103kg/m3×40×10﹣3m3×10N/kg=400N，滑轮组对物体的拉力：F拉=G A﹣F浮=1600N﹣400N=1200N，滑轮组对物体做的有用功：W有用=F拉h=1200N×2m=2400J，（3）滑轮组的机械效率：η===80%．答：此过程中滑轮组的机械效率为80%。

【难易】中等【考点】滑轮（组）的机械效率；功的计算【解析】由图可知，使用滑轮组承担物重的绳子股数n=3，则s=3h．（1）知道工人的质量，利用重力公式求工人的重力，工人对地面的压力等于工人重减去绳子自由端的拉力，据此求绳子自由端的拉力，求出绳子自由端移动的距离，利用W=Fs求工人做的总功；（2）知道物体A的质量，利用重力公式求物体A受到的重力；知道物体A的体积（排开水的体积），利用阿基米德原理求物体A受到的浮力，滑轮组对物体的拉力等于物体A重减去A受到的浮力，而滑轮组对物体做的有用功W有用=F拉h，据此求使用滑轮组做的有用功；（3）利用效率公式求滑轮组的机械效率。

5．重为160N、底面积为0.04m2的物体落入干涸的深井底部。

已知物体的密度为1.6×103 kg/m3，g=10N/kg，不计绳重和摩擦。

（1）物体对井底的压强为________________Pa；（2）使用图所示滑轮组，当施拉力F=100N时物体恰能匀速上升，求此滑轮组的机械效率为____________；（3）若在井内注入水，仍用此滑轮组使物体以1m/s的速度在水中匀速上升，求拉力的功率为_____________W。

（不计水对物体的阻力）【答案】解：（1）物体对井底的压力：F=G=160N，物体对井底的压强：p===4×103Pa；（2）由图可知，n=2，则拉力端移动的距离s=2h，η======80%；（3）∵不计绳重和摩擦，∴F=（G+G轮），100N=（160N+G轮），解得动滑轮重：G动=40N∵G=mg=ρVg，∴物体的体积：V===0.01m3，∴在水中受到的浮力：F浮=ρ水gV排=ρ水gV物=1.0×103 kg/m3×10N/kg×0.01m3=100N，此时拉力：F′=（G物+G动﹣F浮）=（160N+40N﹣100N）=50N，拉力端移动的速度：v=2v物=2×1m/s=2m/s，∴拉力做功功率：P=F′v=50N×2m/s=100W答：（1）求物体对井底的压强为4×103Pa；（2）此滑轮组的机械效率为80%；（3）拉力的功率为100W。

【难易】中等【考点】压强的大小及其计算；密度公式的应用；重力的计算；滑轮（组）的机械效率；功率的计算【解析】（1）物体对井底的压力等于物体重，知道受力面积，利用压强公式求物体对井底的压强；（2）由图可知，承担物重的绳子股数n=2，则拉力端移动的距离s=2h，知道拉力和物重大小，利用η====求滑轮组的机械效率；（3）由题知，不计绳重和摩擦，则F=（G+G轮），据此求出动滑轮重；知道物体重和物体的密度，利用G=mg=ρVg求物体的体积，再利用阿基米德原理求出物体受到水的浮力，不计绳重、摩擦、水的阻力，则F′=（G物+G动﹣F浮），据此求出拉力大小，再求出拉力端移动的速度，利用P=Fv求拉力做功功率。

6．如图所示，金属块的质量为60kg，某人用滑轮组将金属块从水中匀速提起，金属块在水面下10s 内上升了5m，此时某人作用在绳自由端的拉力F是120N，金属的密度为3×103kg/m3不计绳重和滑轮组机械内部的摩擦及金属块在水中受到的阻力。

（g取10N/kg）。

求：（1）金属块没有露出液面之前，拉力F的功率；（2）金属块出水前后滑轮组的机械效率之比。

【答案】解：（1）金属块在水中的上升速度为v物===0.5m/s由图知，承担物重的绳子有4段拉力的功率为P=FnV物=120N×4×0.5m/s=240W（2）金属块受到的重力为G=mg=60kg×10N/kg=600N金属块的体积为V===0.02m3金属块浸没时受到的浮力为F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.02m3=200N作用在绳子末端的拉力为F=动滑轮的重力为G动=nF﹣G+F浮=4×120N﹣600N+200N=80N金属块浸没在水中时，滑轮组的机械效率为η1=====金属块离开水后，滑轮组的机械效率为η2=====两种情况下机械效率之比为==答：（1）金属块没有露出液面之前，拉力F的功率240W；（2）金属块出水前后滑轮组的机械效率之比为【难易】中等【考点】功率的计算；滑轮（组）的机械效率【解析】（1）计算拉力的功率，在已知拉力F大小的情况下，还需要知道手拉绳子的速度，利用公式P=Fv求解；（2）要求金属块出水前后滑轮组的机械效率之比，需要分别计算出水前后的机械效率。

7．如图所示，体重是800N的工人利用滑轮组把浸没在水中的物体A提升出水面。

物体A浸没在水中匀速上升时，滑轮组的机械效率为η1=70%。

物体A被完全提出水面后匀速上升时，滑轮组的机械效率为η2=85%，此时水平地面对工人的支持力为F N2=200N。

不计滑轮轴摩擦和绳重。

求：（1）物体A受到的重力G A；（2）物体A浸没在水中时，水平地面对工人的支持力F N1；（3）物体A的密度ρA．【答案】解：（1）物体A被提出水面后，以工人为研究对象受力分析如图1∵F N2+F T2=G人∴绳子对人的拉力是F T2=G人﹣F N2=800N﹣200N=600N，绳子对人的拉力是F2=F T2=600N；以物体A和动滑轮为研究对象受力分析如图G A+G轮=2F2=2×600N=1200N；∵η2====，∴物体A受到的重力为G A=η22F2=85%×1200N=1020N；（2）∵F=（G+G轮），∴动滑轮的重力为G轮=2F2﹣G A=1200N﹣1020N=180N，此时滑轮组的机械效率为η1====70%，∴物体受到的浮力为F浮=G A﹣G轮=1020N﹣×180N=600N；物体A在水中时，以物体A和动滑轮为研究对象受力分析如图2F1+F浮=G A+G轮F1=（G A+G轮﹣F浮）=（1200N﹣600N）=300N，地面对人的支持力F N1=G人﹣F T1=800N﹣300N=500N；（3）∵G=mg=ρVg，F浮=ρ液gV排，物体A浸没在水中，V A=V排由上得=，∴物体的密度为ρA=ρ水=×1×103kg/m3=1.7×103kg/m3答：（1）物体A受到的重力为1020N；（2）地面对人的支持力为500N；（3）物体的密度为1.7×103kg/m3。