1. 如图所示的平底容器质量为0.3 kg,底面积为3×10^{-3} m^{2},内装0.6 kg水后,测得容器中水深15 cm。若将该容器放在面积为1 m^{2}的水平桌面中央,求:
(1)容器对桌面的压强为
(2)容器中的水对容器底的压力为
(忽略容器厚度,取g=10 N/kg)

(1)容器对桌面的压强为
3000Pa
;(2)容器中的水对容器底的压力为
4.5N
。(忽略容器厚度,取g=10 N/kg)
答案
【解析】:
### (1)计算容器对桌面的压强
- 首先求容器对桌面的压力$F$:
容器对桌面的压力等于容器和水的总重力,根据$G = mg$(其中$m$为总质量,$g$为重力加速度),容器质量$m_{容}=0.3kg$,水的质量$m_{水}=0.6kg$,则总质量$m = m_{容}+m_{水}=0.3kg + 0.6kg=0.9kg$。
总重力$G=mg = 0.9kg×10N/kg = 9N$,即$F = G = 9N$。
- 然后根据压强公式$p=\frac{F}{S}$(其中$S$为受力面积)计算压强:
已知容器底面积$S = 3×10^{-3}m^{2}$,则容器对桌面的压强$p=\frac{F}{S}=\frac{9N}{3×10^{-3}m^{2}}=3000Pa$。
### (2)计算容器中的水对容器底的压力
- 先求水对容器底的压强$p_{水}$:
根据液体压强公式$p = \rho gh$(其中$\rho$为液体密度,$g$为重力加速度,$h$为深度),水的密度$\rho = 1.0×10^{3}kg/m^{3}$,$g = 10N/kg$,水深$h = 15cm=0.15m$。
则$p_{水}=\rho gh=1.0×10^{3}kg/m^{3}×10N/kg×0.15m = 1500Pa$。
- 再根据$F = pS$求水对容器底的压力$F_{水}$:
已知$S = 3×10^{-3}m^{2}$,$p_{水}=1500Pa$,则$F_{水}=p_{水}S=1500Pa×3×10^{-3}m^{2}=4.5N$。
【答案】:
(1) $3000Pa$;(2) $4.5N$
### (1)计算容器对桌面的压强
- 首先求容器对桌面的压力$F$:
容器对桌面的压力等于容器和水的总重力,根据$G = mg$(其中$m$为总质量,$g$为重力加速度),容器质量$m_{容}=0.3kg$,水的质量$m_{水}=0.6kg$,则总质量$m = m_{容}+m_{水}=0.3kg + 0.6kg=0.9kg$。
总重力$G=mg = 0.9kg×10N/kg = 9N$,即$F = G = 9N$。
- 然后根据压强公式$p=\frac{F}{S}$(其中$S$为受力面积)计算压强:
已知容器底面积$S = 3×10^{-3}m^{2}$,则容器对桌面的压强$p=\frac{F}{S}=\frac{9N}{3×10^{-3}m^{2}}=3000Pa$。
### (2)计算容器中的水对容器底的压力
- 先求水对容器底的压强$p_{水}$:
根据液体压强公式$p = \rho gh$(其中$\rho$为液体密度,$g$为重力加速度,$h$为深度),水的密度$\rho = 1.0×10^{3}kg/m^{3}$,$g = 10N/kg$,水深$h = 15cm=0.15m$。
则$p_{水}=\rho gh=1.0×10^{3}kg/m^{3}×10N/kg×0.15m = 1500Pa$。
- 再根据$F = pS$求水对容器底的压力$F_{水}$:
已知$S = 3×10^{-3}m^{2}$,$p_{水}=1500Pa$,则$F_{水}=p_{水}S=1500Pa×3×10^{-3}m^{2}=4.5N$。
【答案】:
(1) $3000Pa$;(2) $4.5N$
2. 某工地用如图所示的滑轮组匀速提升6 000 N的重物,在重物上升0.8 m的过程中,该滑轮组的机械效率为80%。(不计滑轮组摩擦及绳重)
(1)拉力F为(
(2)动滑轮重为(
(3)若重物增加1 500 N,则此时滑轮组机械效率为(

(1)拉力F为(
2500N
)(2)动滑轮重为(
1500N
)(3)若重物增加1 500 N,则此时滑轮组机械效率为(
83.3%
)答案
【解析】:
### (1)求拉力$F$
首先计算有用功$W_{有}$:
根据公式$W_{有}=Gh$(其中$G = 6000N$,$h = 0.8m$),可得$W_{有}=6000N×0.8m = 4800J$。
然后根据机械效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$计算总功$W_{总}$:
已知$\eta = 80\%=0.8$,由$W_{总}=\frac{W_{有}}{\eta}$,可得$W_{总}=\frac{4800J}{0.8}=6000J$。
最后根据$s = nh$(由图知$n = 3$)计算绳子自由端移动距离$s$,再求拉力$F$:
$s = 3h=3×0.8m = 2.4m$,根据$W_{总}=Fs$,可得$F=\frac{W_{总}}{s}=\frac{6000J}{2.4m}=2500N$。
### (2)求动滑轮重$G_{动}$
不计滑轮组摩擦及绳重,根据$F=\frac{1}{n}(G + G_{动})$来计算$G_{动}$:
将$F = 2500N$,$n = 3$,$G = 6000N$代入公式,可得$2500N=\frac{1}{3}(6000N + G_{动})$,
$6000N + G_{动}=2500N×3 = 7500N$,
解得$G_{动}=7500N - 6000N = 1500N$。
### (3)求重物增加$1500N$时滑轮组的机械效率$\eta'$
先计算新的物重$G'=6000N + 1500N = 7500N$。
不计滑轮组摩擦及绳重,根据$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Gh + G_{动}h}=\frac{G}{G + G_{动}}$计算新的机械效率$\eta'$:
将$G' = 7500N$,$G_{动}=1500N$代入公式,可得$\eta'=\frac{7500N}{7500N + 1500N}×100\%=\frac{7500N}{9000N}×100\%\approx83.3\%$。
【答案】:
(1) $2500N$
(2) $1500N$
(3) $83.3\%$
### (1)求拉力$F$
首先计算有用功$W_{有}$:
根据公式$W_{有}=Gh$(其中$G = 6000N$,$h = 0.8m$),可得$W_{有}=6000N×0.8m = 4800J$。
然后根据机械效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$计算总功$W_{总}$:
已知$\eta = 80\%=0.8$,由$W_{总}=\frac{W_{有}}{\eta}$,可得$W_{总}=\frac{4800J}{0.8}=6000J$。
最后根据$s = nh$(由图知$n = 3$)计算绳子自由端移动距离$s$,再求拉力$F$:
$s = 3h=3×0.8m = 2.4m$,根据$W_{总}=Fs$,可得$F=\frac{W_{总}}{s}=\frac{6000J}{2.4m}=2500N$。
### (2)求动滑轮重$G_{动}$
不计滑轮组摩擦及绳重,根据$F=\frac{1}{n}(G + G_{动})$来计算$G_{动}$:
将$F = 2500N$,$n = 3$,$G = 6000N$代入公式,可得$2500N=\frac{1}{3}(6000N + G_{动})$,
$6000N + G_{动}=2500N×3 = 7500N$,
解得$G_{动}=7500N - 6000N = 1500N$。
### (3)求重物增加$1500N$时滑轮组的机械效率$\eta'$
先计算新的物重$G'=6000N + 1500N = 7500N$。
不计滑轮组摩擦及绳重,根据$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Gh + G_{动}h}=\frac{G}{G + G_{动}}$计算新的机械效率$\eta'$:
将$G' = 7500N$,$G_{动}=1500N$代入公式,可得$\eta'=\frac{7500N}{7500N + 1500N}×100\%=\frac{7500N}{9000N}×100\%\approx83.3\%$。
【答案】:
(1) $2500N$
(2) $1500N$
(3) $83.3\%$
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