如圖所示,是小宇同學(xué)設(shè)計的一個實驗裝置.質(zhì)量為5kg的物體M1靜止于水平導(dǎo)軌AB的B端,導(dǎo)軌AB及支架只可繞著固定于地面上的過C點的轉(zhuǎn)動軸在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(導(dǎo)軌及支架的形狀和尺寸已在圖中標(biāo)出,質(zhì)量忽略不計).一根沿水平方向的細(xì)繩,一端連在物體M1上,一端繞過滑輪組連在電動機的轉(zhuǎn)軸上,電動機轉(zhuǎn)動時,可以通過細(xì)繩拉動物體M1沿導(dǎo)軌水平向A端移動.質(zhì)量為8kg的物體M2放在地面上,并通過細(xì)繩掛在動滑輪E2上,在實驗操作過程中,M2始終未離開地面.與滑輪組、電動機有關(guān)的摩擦不計,動滑輪E2的質(zhì)量為0.2kg,細(xì)繩未發(fā)生形變,g取10N/kg.
(1)當(dāng)電動機的輸出功率為2.5W時,剛好可以通過細(xì)繩拉動物體M1以0.1m/s的速度沿導(dǎo)軌水平向A端勻速運動,地面對物體M2的支持力為 N1.求細(xì)繩對物體M1的拉力為多少?
(2)從物體M1開始運動時起,導(dǎo)軌及支架能保持靜止的最長時間為多少?
(3)將物體M1換成另一質(zhì)量更大的物體,當(dāng)電動機通過細(xì)繩拉動它仍以0.1m/s的速度從B端沿導(dǎo)軌勻速向A端運動時,物體M2受到地面的支持力為N2,且N1:N2=16:1.若此時電動機兩端電壓為6V,電動機線圈的電阻為2Ω,電動機消耗的電能除了線圈發(fā)熱外,全部用于對細(xì)繩做功,電動機允許通過的最大電流為1A.求此時通過電動機的電流為多少?
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分析:(1)已知功率的大小和物體的速度,根據(jù)公式P=FV可求拉力的大;
(2)勻速拉動時,物體M1所受的拉力與摩擦力是一對平衡力,物體M1所受的摩擦力與導(dǎo)軌所受摩擦力是作用與反作用力,從而可知作用在支架上的摩擦力;進一步求出支架受到的壓力的大小,根據(jù)杠桿的平衡條件可以求出導(dǎo)軌靜止時所受M1的壓力的力臂,進一步求出保持靜止的時間;
(3)對物體M1和動滑輪進行受力分析,找出等量關(guān)系,列出等式地面對物體M2的支持力為N1;再根據(jù)Nl與N2的關(guān)系求出N2的大。桓鶕(jù)動滑輪上繩子的段數(shù)求出繩子的拉力,根據(jù)公式P=Fv求出此時電動機的輸出功率;根據(jù)公式P出2=P2-P損2進一步求出此時通過電動機的電流的大小.
解答:解:(1)細(xì)繩對物體M1的拉力拉力F1=
P
v
=
2.5W
0.1m/s
=25N;
(2)作用在支架上的摩擦力f=F=25N.此時支架受到物體M1對它的摩擦力和M1對它的壓力的作用,支架受到的壓力N=G1=M1g=5×10=50N.
假設(shè)導(dǎo)軌靜止時所受M1的壓力的力臂為l1,所受摩擦力的力臂l2=0.6m,
根據(jù)杠桿平衡條件有:
Nl1=fl2;
解得:l1=
fl2
N
=
25×0.6
50
=0.3m;
保持靜止的時間t=
O1B+O2C-l1
v
=
0.5+0.1-0.3
0.1
=3s;
(3)M2和動滑輪受到重力、繩子拉力、地面支持力的作用,因動滑輪省力一半,于是有:G2+G=2F+N1
N1=m2g+mg-2F=8kg×10N/kg+0.2kg×10N/kg-2×25N=32N;
換M1后,因為Nl:N2=16:1
∴N2=
N1
16
=
32
16
=2N;
此時繩子的拉力F2=
G2+Gd動-N2
2
=
80+2-2
2
=40N;
此時電動機的輸出功率為P出2=F2v=40N×0.1m/s=4W;
由P出2=P2-P損2有:UI2-I22r=P出2,即6I2-2I22=4;
解得I2=1(A)或I2=2(A)(不合題意,舍去);
答:(1)細(xì)繩對物體M1的拉力為25N;
(2)從物體M1開始運動時起,導(dǎo)軌及支架能保持靜止的最長時間為3s;
(3)此時通過電動機的電流為1A.
點評:本題考查拉力、時間、功率、電流等的計算,關(guān)鍵是各種公式及其變形的靈活運用,難點是對物體的受力分析,本題考查知識點較多,難度較大,解題過程中中一定要仔細(xì)認(rèn)真.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解

如圖1所示,將兩個不同的金屬電極插入任何一個水果中就可以做成一個水果電池,但日常生活中我們很少用“水果電池”,這是為什么呢?某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)準(zhǔn)備就此問題進行探究.
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(1)同學(xué)們通過查閱資料知道將鋅、銅兩電極插入水果中,電動勢大約會有1伏多一點.曉宇同學(xué)找來了一個土豆做實驗,當(dāng)用量程為0~3V、內(nèi)阻約50kΩ的伏特表測其兩極時讀數(shù)為0.96V.但當(dāng)他將四個這樣的水果電池串起來給標(biāo)稱值為“3V,0.5A”的小燈泡供電時,燈泡并不發(fā)光.檢查燈泡、線路均沒有故障,而用伏特表測量其電壓確實能達到3V多.據(jù)您猜想,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因應(yīng)當(dāng)是:
 
(不要求寫分析、推導(dǎo)過程).
(2)曉宇同學(xué)用歐姆表直接測“土豆電池”的兩極,讀得此時的讀數(shù)為30Ω.小麗同學(xué)用靈敏電流表直接接“土豆電池”的兩極,測得電流為0.32mA,根據(jù)前面用伏特表測得的0.96V電壓,由全電路歐姆定律得:r=
E
I
=
0.96
0.32×10-3
Ω=3.0kΩ
.因而曉宇同學(xué)說土豆的內(nèi)阻為30Ω,而小麗同學(xué)則說是3kΩ.
請你判斷,用曉宇或小麗同學(xué)的方法測量“土豆電池”的內(nèi)阻,結(jié)果是否準(zhǔn)確,為什么?請分別說明理由.
(3)若實驗室除了導(dǎo)線和開關(guān)外,還有以下一些器材可供選擇:
A.電流表A1(量程為0~0.6A,內(nèi)阻為1Ω)
B.靈敏電流表A2(量程為0~0.6mA,內(nèi)阻為800Ω)
C.靈敏電流表A3(量程為0~300μA,內(nèi)阻未知)
D.滑動變阻器R1 (最大阻值約10Ω)
E.滑動變阻器R2(最大阻值約2kΩ)
~F.定值電阻(阻值2kΩ)
G.變阻箱(0~9999Ω)
①為了能盡可能準(zhǔn)確測定“土豆電池”的電動勢和內(nèi)阻,實驗中應(yīng)選擇的器材是
 
(填器材前的字母代號).
②在圖2內(nèi)的方框中畫出應(yīng)采用的電路.

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科目:高中物理 來源:2012屆河北省涿鹿中學(xué)高考預(yù)測理綜物理試卷(帶解析) 題型:實驗題

(10分)將兩個金屬電極插入水果中可以做成水果電池,但日常生活中我們很少用“水果電池”,這是為什么?某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)準(zhǔn)備就此問題進行探究。
(1)同學(xué)們通過查閱資料知道將鋅、銅兩電極插入水果中,電動勢大約會有1伏多一點。曉宇同學(xué)找來了一個土豆做實驗,如圖,當(dāng)用量程為0~3V、內(nèi)阻約50kΩ的伏特表測其兩極時讀數(shù) 為0.96V。但當(dāng)他將四個這樣的水果電池串起來給 “3V,0.5A”的小燈泡供電時,燈泡并不發(fā)光。檢查燈泡、線路均沒有故障,而用伏特表測量其電壓確實能達到3V多。據(jù)你猜想,出現(xiàn)這 種現(xiàn)象的原因應(yīng)當(dāng)是:______ (不要求寫分析、推導(dǎo)過程)。

(2)曉宇同學(xué)用歐姆表直接測“土豆電池”的兩極,測得內(nèi)阻的讀數(shù)為30Ω。小麗同學(xué)用靈敏電流表直接接“土豆電池”的兩極,測得電流為0.32mA,根據(jù)前面用伏特表測得的0.96V電壓,由全電路歐姆定律得r=3.0kΩ。因而曉宇說土豆的內(nèi)阻為30Ω,而小麗則說是3kΩ。以下關(guān)于兩位同學(xué)實驗過程的分析正確的是_______。
A.曉宇的方法不正確,因水果電池本身有電動勢,故不能用歐姆表直接測其內(nèi)阻
B.曉宇的方法正確,因水果電池本身也是一個導(dǎo)體,可以用歐姆表直接測其電阻
C.小麗的測量結(jié)果十分準(zhǔn)確,除了讀數(shù)方面的偶然誤差外,系統(tǒng)誤差很小
D.小麗的測量結(jié)果不準(zhǔn)確,因為水果電池內(nèi)阻很大,用伏特表測得的電動勢誤差很大,因此計算出的內(nèi)阻誤差也很大
(3)若實驗室除了導(dǎo)線和開關(guān)外,還有以下一些器材可供選擇:
A.電流表A1(量程為0~0.6A,內(nèi)阻約為1Ω)
B.靈敏電流表A2(量程為0~0.6mA ,內(nèi)阻約為800Ω)
C.靈敏電流表A3(量程為0~300μA ,內(nèi)阻未知)
D.滑動變阻器R1(最大阻值約10Ω)
E.滑動變阻器R2(最大阻值約2kΩ)
F.定值電阻(阻值為2kΩ)
G.電阻箱R(0~9999Ω)
①為了能盡可能準(zhǔn)確地測定“土豆電池”的電動勢和內(nèi)阻,實驗中應(yīng)       選擇的器材是_____ (填器材前的字母代號)。
②在方框中畫出應(yīng)采用的電路。

③實驗時,改變電阻箱R的值,記錄下電流表的示數(shù)I,得到若干組R、I的數(shù)據(jù)。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出如圖所示的R-圖線,由此得出“水果電池”的電動勢為       V(保留兩位有效數(shù))。按照此實驗方法,內(nèi)電阻的測量值與真實值相比          。(填“偏大”、“偏小”或“相等”)

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科目:高中物理 來源:2011-2012學(xué)年河北省高考預(yù)測理綜物理試卷(解析版) 題型:實驗題

(10分)將兩個金屬電極插入水果中可以做成水果電池,但日常生活中我們很少用“水果電池”,這是為什么?某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)準(zhǔn)備就此問題進行探究。

(1)同學(xué)們通過查閱資料知道將鋅、銅兩電極插入水果中,電動勢大約會有1伏多一點。曉宇同學(xué)找來了一個土豆做實驗,如圖,當(dāng)用量程為0~3V、內(nèi)阻約50kΩ的伏特表測其兩極時讀數(shù) 為0.96V。但當(dāng)他將四個這樣的水果電池串起來給 “3V,0.5A”的小燈泡供電時,燈泡并不發(fā)光。檢查燈泡、線路均沒有故障,而用伏特表測量其電壓確實能達到3V多。據(jù)你猜想,出現(xiàn)這 種現(xiàn)象的原因應(yīng)當(dāng)是:______ (不要求寫分析、推導(dǎo)過程)。

(2)曉宇同學(xué)用歐姆表直接測“土豆電池”的兩極,測得內(nèi)阻的讀數(shù)為30Ω。小麗同學(xué)用靈敏電流表直接接“土豆電池”的兩極,測得電流為0.32mA,根據(jù)前面用伏特表測得的0.96V電壓,由全電路歐姆定律得r=3.0kΩ。因而曉宇說土豆的內(nèi)阻為30Ω,而小麗則說是3kΩ。以下關(guān)于兩位同學(xué)實驗過程的分析正確的是_______。

A.曉宇的方法不正確,因水果電池本身有電動勢,故不能用歐姆表直接測其內(nèi)阻

B.曉宇的方法正確,因水果電池本身也是一個導(dǎo)體,可以用歐姆表直接測其電阻

C.小麗的測量結(jié)果十分準(zhǔn)確,除了讀數(shù)方面的偶然誤差外,系統(tǒng)誤差很小

D.小麗的測量結(jié)果不準(zhǔn)確,因為水果電池內(nèi)阻很大,用伏特表測得的電動勢誤差很大,因此計算出的內(nèi)阻誤差也很大

(3)若實驗室除了導(dǎo)線和開關(guān)外,還有以下一些器材可供選擇:

A.電流表A1(量程為0~0.6A ,內(nèi)阻約為1Ω)

B.靈敏電流表A2(量程為0~0.6mA ,內(nèi)阻約為800Ω)

C.靈敏電流表A3(量程為0~300μA ,內(nèi)阻未知)

D.滑動變阻器R1 (最大阻值約10Ω)

E.滑動變阻器R2(最大阻值約2kΩ)

F.定值電阻(阻值為2kΩ)

G.電阻箱R(0~9999Ω)

①為了能盡可能準(zhǔn)確地測定“土豆電池”的電動勢和內(nèi)阻,實驗中應(yīng)        選擇的器材是_____  (填器材前的字母代號)。

②在方框中畫出應(yīng)采用的電路。

③實驗時,改變電阻箱R的值,記錄下電流表的示數(shù)I,得到若干組R、I的數(shù)據(jù)。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出如圖所示的R-圖線,由此得出“水果電池”的電動勢為        V(保留兩位有效數(shù))。按照此實驗方法,內(nèi)電阻的測量值與真實值相比           。(填“偏大”、“偏小”或“相等”)

 

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