Question

如圖甲所示，正方體A邊長0.2m，作為配重使用，杠桿OE：OF=2：3，某同學(xué)用這個裝置和一個密閉容器D提取水中的圓柱體B，圓柱體B的體積是密閉容器D的；旁邊浮體C的體積是0.1m³，該同學(xué)站在浮體C上，總體積的浸入水中；該同學(xué)用力拉動滑輪組繞繩自由端，手拉繩的功率P和密閉容器D勻速被提升的距離關(guān)系如圖乙所示；密閉容器D上升速度0.05m/s保持不變，密閉容器D被提出水后，圓柱體B從密閉容器D中取出放在浮體C的上面，同時手松開繩子時，浮體C露出水面的體積減少總體積的；在提升全過程中，配重A始終沒有離開地面．兩個定滑輪總重10N．（繩的重力，滑輪與軸的摩擦及水的阻力不計(jì)．g=10N/kg），求：
（1）圓柱體B的重力；
（2）密閉容器D離開水面時，滑輪組提升重物B的機(jī)械效率；（百分號前面保留整數(shù)）；
（3）圓柱體B的密度；
（4）在提升全過程中配重A對地面的壓強(qiáng)的最大變化量．

Answer 1

【答案】分析：（1）由圖象可知D完全露出水面時F₁的功率，知道D上升的速度，求出拉力端移動的速度，利用P=Fv求拉力大小；
把B放在C上，且放開手后，知道浮體C露出水面的體積減少總體積的，可得G_B+F₁=ρ_水gV_C，據(jù)此求圓柱體B的重力；
（2）對圓柱體做的功為有用功利用W=Gh計(jì)算，拉力做的功為總功利用W=Fs計(jì)算，再利用效率公式求此裝置的機(jī)械效率；
（3）繩的重力，滑輪與軸的摩擦及水的阻力不計(jì)，利用F=（G_B+G_D+G_輪）求容器D和動滑輪總重，
由圖可知，D未出水面時的功率，利用P=Fv求此時拉力，再根據(jù)F=（G_B+G_D+G_輪-F_浮）求此時容器D受浮力大小，
再根據(jù)阿基米德原理求容器D的體積，根據(jù)圓柱體B的體積是密閉容器D的求圓柱體B的體積；利用G=mg=ρvg求圓柱體B的密度；
（4）有4股繩子提定滑輪，定滑輪對杠桿右端的最大拉力F_max=4F₁+G_定，由杠桿平衡條件F_max×OF=F_E1×OE求出杠桿左邊的最大拉力；定滑輪對杠桿右端的最小拉力F_min=4F₂+G_定，由杠桿平衡條件求出杠桿左邊的最小拉力；求出杠桿左邊受到的拉力變化量，利用壓強(qiáng)公式求配重A對地面的壓強(qiáng)的最大變化量．
解答：解：（1）由圖象可知D完全露出水面時F₁的功率P₁=12W，
∵P₁=F₁v
∴F₁===80N，
B放在C上，且放開手后，G_B+F₁=ρ_水gV_C，
∴G_B=ρ水gV_C-F₁=1×10³kg/m³×10N/kg××0.1m³-80N=200N；
（2）η===≈83%；
（3）∵F₁=（G_B+G_D+G_輪），
∴G_D+G_動=3F₁-G_B=3×80N-200N=40N；
D未出水面時的功率為P₂=6W，拉力：F₂===40N；
又∵F₁=（G_B+G_D+G_輪-F_浮），
∴D受浮力F_浮=G_B+G_D+G_動-3F₂=200N+40N-3×40N=120N，
又∵F_浮=ρ_水gV_D，
∴V_D===0.012m³，
∴V_B=V_D=×0.012m³=0.004m³，
∵G=mg=ρvg，
∴ρ_B===5×10³kg/m³；
（4）定滑輪對杠桿右端的最大拉力：
F_max=4F₁+G_定=4×80N+10N=330N，
由杠桿平衡條件得：
F_max×OF=F_E1×OE，
∴F_E1===495N，
定滑輪對杠桿右端的最小拉力：
F_min=4F₂+G_定=4×40N+10N=170N，
由杠桿平衡條件得：
F_min×OF=F_E2×OE，
∴F_E2===255N，
配重A對地面的壓強(qiáng)的最大變化量：△p===6000Pa．
答：（1）圓柱體B的重力為200N；
（2）密閉容器D離開水面時，滑輪組提升重物B的機(jī)械效率為83%；
（3）圓柱體B的密度為5×10³kg/m³；
（4）在提升全過程中配重A對地面的壓強(qiáng)的最大變化量為6000Pa．
點(diǎn)評：本題為力學(xué)綜合題，分析時要求靈活選用公式，仔細(xì)分析題圖明白題意、從圖象得出相關(guān)信息是本題的關(guān)鍵．