教案力学综合计算.doc

教 案教师：郭鹏 学生：_ 上课时间：_重点难点内容：多个力的平衡结合杠杆平衡条件类型题的解答 滑轮组机械效率功率的计算浮力.压强.杠杆平衡条件综合应用1. 如图21所示，某校课外小组的同学们设计了一个用水槽来储存二次用水的冲厕装置。其中重100g的浮球固定在横杆AB右端（B为浮球的中心），杆AB能绕O点转动，且OB是OA长度的4倍。横杆AB左端压在厚为1cm的进水阀门C上，进水口的横截面积为4cm2。阀门C正好堵住进水口时，水箱内停止蓄水，杆AB在水平位置，且浮球刚好有的体积露出水面。进水口距箱底30cm，水箱内溢水管长为40cm，水槽与水箱的水面高度差为1.2m。阀门D是一个重为50g，横截面积为30cm2的排水阀门，其厚为1cm，用金属链将其与水箱顶部排水按钮相连，当按动按钮时，铁链向上拉起排水阀门D使其打开，水箱排水。（其中阀门C、直杆AC、横杆AB的重力均忽略不计）。（g取10N/kg）求： （1）进水口处所受水槽的水向上的压力； （2）停止蓄水时浮球所受的浮力；浮球的体积； （3）要打开排水阀门D，铁链给它的拉力至少是多少？2. 育红学校科技小组的同学们设计了一个自动冲刷厕所的水箱模型，这种水箱模型能把自来水管供给的较小流量的水储存到一定量后，自动开启放水阀门，冲刷便池中的污物。图21是这种水箱模型的主要部件的截面示意图。图中水箱A是一个边长为50cm的正方体；浮筒B是一个质量为0.2kg的空心圆柱体，其底面积为，高为35cm；放水阀门C是一个质量可忽略的圆柱体，其底面积为，厚度d为1.5cm；放水阀门C能将排水管口恰好盖严，阀门上固定一根轻绳与浮筒B相连，绳的长度为10cm。请你计算出水箱中的水深H至少为多少时，浮筒B刚好能将放水阀门C打开？3. 在学校科技月活动中，科技小组的同学设计了一个小型锅炉，其部分结构如图28所示。 下面是对锅炉结构的介绍：调控水箱高1.5m，其中带有浮球C的横杆ODC（C为浮球的中心）能绕O点转动，DC=28cm，OD=2cm；“T”型阀门B下部不计粗细的直杆与ODC杆相连，ODC杆处于水平时阀门B堵住进水口；圆柱体A是锅炉的安全阀，其底面积为10，加热过程中安全阀堵住出气孔，调控水箱与锅炉炉体始终连通，当锅炉内气压超过Pa时，圆柱体A被顶起，排出部分蒸汽。 已知外界大气压为Pa。（不考虑阀门B、横杆ODC及浮球受到的重力，g取10N/kg）根据以上介绍和已知条件解决下列问题： （l）为保证锅炉安全，圆柱体A的质量不能超过多少？ （2）若“T型阀门B受到向下的压力为30N时，ODC杆处于水平平衡，此时浮球C浸入水中的体积是多少？ （3）按照这个设计，在锅炉加热后，将出现一些问题。请你通过计算说明其中一个较严重的问题。机械效率综合计算1. 如图23所示，小强使用滑轮组匀速提升重为800N的物体A时，他对地面产生的压强为3000Pa。已知小强的体重为620N，他每只脚与地面的接触面积为200cm2。若不计绳重和摩擦。求： （1）小强对绳子的拉力； （2）动滑轮所受重力； （3）此时，滑轮组的机械效率； （4）小强使用此滑轮组最多能提起多重的物体。2如图19所示，质量为70kg的工人站在水平地面上，用带有货箱的滑轮组把货物运到高出。第一次运送货物时，放入货箱的货物质量为160kg，工人用F1匀速拉绳的功率为P1，货箱以0.1m/s的速度匀速上升，地面对工人的支持力为N1。第二次运送货物时，放入货箱的货物质量为120kg，工人用力F2匀速拉绳，货箱以0.2m/s的速度匀速上升，地面对工人的支持力为N2，滑轮组机械效率为2。N1与N2之比为15:19。（不计绳重及滑轮摩擦，g取10N/kg）货箱求：（1）货箱和动滑轮的总质量m；（2）功率P1；（3）机械效率2。FCABB图 22电动机3图22是居民楼电梯结构的截面示意图。A为电梯厢，厢底有两个动滑轮B，其功能相当于一个动滑轮，使用两个动滑轮的好处是能帮助电梯保持稳定。C为配重，起平衡作用。在拉力F作用下电梯厢能在电梯井中沿竖直通道上下运行。现有10个人同时乘坐电梯（每个人的质量均按60kg计算），电梯厢以0.5m/s的速度匀速上升时，拉力为F1，F1的功率P1为10kW，动滑轮B的机械效率为1；电梯运行了12m后，从电梯中下去了5个人，此后电梯厢以0.5m/s的速度匀速上升时，拉力为F2，F2的功率为P2，动滑轮B的机械效率为2。（不计绳重及滑轮摩擦，g取10N/kg）求：（1）1：2；（2）拉力F2的功率P2。4.磅秤上有一个重1500N的木箱，小明站在地上，想用如图29（甲）所示的滑轮组把这个木箱提升到楼上，可是他竭尽全力也没有提起，此时磅秤的示数为40kg。于是他改变滑轮组的绕绳方法如图29（乙）所示，再去提这个木箱。当木箱匀速上升时，小明对地板的压力为100N，不计轴摩擦和绳重，取g10N/kg。求小明的体重和提升木箱时滑轮组的机械效率。图30MOAB5.如图30所示，一正方体合金块M的边长为20cm，把它挂在以O为支点的轻质杠杆的A点处，一个重为640N的人在杠杆的B点通过定滑轮用力F1使杠杆在水平位置平衡，此时M对水平地面的压强为1.1104Pa，人对水平地面的压强为1.45104Pa；若把M浸没于水中(M与容器底不接触)，人用力F2仍使杠杆在水平位置平衡，此时人对地面的压强为1.15104 Pa；已知人单独站在水平地面上，对地面的压强为1.6104 Pa（g取10N/kg）求：（1）力F1的大小；（2）合金块M的密度；（3）当 M浸没于水中时，若剪断细绳，合金块M沉于容 器底，则M对容器底的压强为多大6.某桥梁施工队的工人用如图24所示的滑轮组匀速打捞沉在水中的工件。已知工件的质量为100kg工人的质量为70kg。工件打捞出水面前与工件完全被打捞出水后工人对地面的压力之比为15：2，工件在水中时，滑轮组的机械效率为60% 。若不计摩擦、绳重及水的阻力，g取10N/kg 。求：（1）工件浸没在水中时所受的浮力浮 ；（2）工件完全打捞出水面后，滑轮组的机械效率2 ；（3）工件完全打捞出水面后，以0.2m/s的速度被匀速提升，工人拉绳的功 率P2。7.如图是一个上肢力量健身器示意图。配重A受到的重力为1200N，其底面积为5102m2. B、C都是定滑轮，D是动滑轮；杠杆EH可绕O点在竖直平面内转动，OE：0H2：5。小成受到的重力为600N，他通过细绳在H点施加竖直向下的拉力为T1时，杠杆在水平位置平衡，小成对地面的压力为F1，配重A受到的拉力为FA1，配重A对地面的P1为6103pa。小成在H点施加竖直向下的拉力为T2时，杠杆仍在水平位置平衡，小成对地面的压力为F2，配重A受到的拉力为FA2，配重A对地面的压强P2为4103pa。已知F1：F220：19，杠杆EH和细绳的质量均忽略不计。求（1）拉力FA2；（2）拉力T2；（3）动滑轮D受到的重力G。