初中物理解题技巧——怎样解简单机械问题—简单机械与浮力综合

浮力搭配滑轮组是力学压轴最高频的组合题型，物体在水中被提升时，浮力会改变滑轮组承担的拉力。

学会分状态受力分析，区分浸没、部分露出、完全出水三种情景，就能攻克这类压轴大题。

浮力 + 滑轮组综合题核心在于分状态受力分析。

• 物体浸在液体里，滑轮组承担的不是物体全部重力，而是重力减去浮力；

• 物体逐渐露出水面，浮力减小，有效拉力变大，机械效率随之升高。

计算有用功时，要以滑轮对物体的拉力为准，不要直接套用物体重力。

1. 先算物体完全浸没时受到的浮力F_浮=ρ_水gV_排

2. 物体浸在水里的时候，滑轮组对物体的拉力F'=G_物-F_浮，这才是滑轮组需要承担的 "有效物重"

3. 滑轮组n段绳子，拉力F=(F'+G_轮)/n

4. 算有用功、总功、机械效率、拉力功率

误区 1：物体浸在水里的时候，滑轮组的物重就是物体重力。 

正解：水给物体浮力托了一部分，滑轮组需要拉的力是物体重力减浮力，不是全重力。 

误区 2：物体露出水面前后，机械效率不变。正解：露出水面后浮力变小，滑轮组承担的拉力变大，机械效率变高。

误区 3：算浮力的时候，直接把物体体积当成排开水的体积。 

正解：只有完全浸没时V_排=V_物，部分浸入的时候排开体积小于物体体积。 

误区 4：浸在水中提升物体，有用功等于克服物体重力做的功。 

正解：水中提升物体，目的是把物体向上拉动，滑轮组对物体拉力做的功才是有用功：W_有=F'h，不是Gh。

浮力滑轮综合题，先算浮力托了底； 

有效拉力重减浮，滑轮组里再算力； 

露出水面浮减小，效率升高要记起。

1、物体重 15N，体积1×10^-3 m³，完全浸没在水中，用滑轮组n=2往上提，不计动滑轮重和摩擦，求绳子自由端的拉力。(g取10 N/kg)

【解析】

先算浮力，再算滑轮组需要拉的力，再求绳子拉力

【答案】

解：① 物体完全浸没，V_排=V_物=1×10^-3 m³

浮力F_浮=ρ_水gV_排=1.0×10³ kg/m³×10 N/kg×1×10^-3 m³=10 N

② 滑轮组对物体的拉力F'=G_物-F_浮=15 N-10 N=5N

③ 不计滑轮重，n=2，绳子拉力F=F'/n=5 N/2=2.5 N

答：绳子拉力 2.5N

2、用n=2的滑轮组把密度为2×10³ kg/m³、体积为1×10^-3 m³的实心物体从水底匀速提升 2m，物体始终浸没在水中，不计动滑轮重和摩擦，求：物体受到的浮力、绳子自由端拉力、有用功、拉力功率。（物体上升速度 0.1m/s，g取10 N/kg）

【解析】

按标准流程去解题即可

【答案】

解：① 物体重力G=mg=ρVg=2×10³ kg/m³×1×10^-3 m³×10 N/kg=20 N

② 浮力F_浮=ρ_水gV_排=1.0×10³ kg/m³×10 N/kg×1×10^-3 m³=10 N

③ 滑轮组对物体的拉力F'=G_物-F_浮=20 N-10 N=10 N

④ 绳子拉力F=F'/n=10 N/2=5 N

⑤ 有用功W_有=F'h=10 N×2 m=20 J

⑥ 物体上升速度 0.1m/s，绳子自由端速度v_绳=nv_物=2×0.1 m/s=0.2 m/s

拉力功率P=Fv_绳=5 N×0.2 m/s=1 W

答：浮力 10N，绳子拉力 5N，有用功 20J，拉力功率 1W。

3、滑轮组n=2，动滑轮重 5N，物体重力 25N，物体完全浸没时浮力 10N，不计绳重与摩擦。

求：(1) 物体浸没水中匀速提升时，滑轮组机械效率；

(2) 物体完全离开水面后，滑轮组机械效率。

【解析】

分两种状态，分别求出滑轮对物体拉力，再计算效率。

【答案】

解：（1） 浸没水中滑轮对物体拉力F'=G-F_浮=25 N-10 N=15 N

拉力F=(F'+G_轮)/n=(15 N+5 N)/2=10 N

η₁=(W_有/W_总)×100%=[(F'h)/(Fs)]×100%=[F'/(nF)]×100%=[15 N/(2×10 N)]×100%=75%

（2） 完全出水，浮力为 0 

拉力F''=(G+G_轮)/n=(25 N+5 N)/2=15 N

η₂=[G/(nF'')]×100%=[25 N/(2×15 N)]×100%≈83.3%

答：浸没时效率 75%；出水后效率约 83.3%

收尾篇

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