Question

在水井清淤工程中，工人用如圖所示的裝置來起吊井底的一塊石頭．如果石頭的重力是500N，體積是0.02m³．
（1）此裝置______（選填“能”或“不能”）省力，其帶來的好處是______．
（2）請通過計算說明，當石頭浸沒于水中時和完全離開水面后，要把石頭勻速吊起，工人分別需用多大的拉力．注：不計摩擦、水的阻力和繩的重力等．

Answer 1

【答案】分析：（1）定滑輪實質上是一等臂杠桿，它的特點是：只能改變力的方向，而不省力．
（2）定滑輪不能省力，所以石頭離開水后工人施加的拉力等于石頭的重力；
已知石頭的體積，利用F_浮=ρ_液gV_排得到石頭浸沒時受到的浮力；重力與浮力之差就是石頭在水中時工人施加的拉力．
解答：解：
（1）由圖知，此裝置是兩個定滑輪組成的滑輪組，所以不能省力，好處是改變力的方向；
（2）物體完全離開水面，工人施加的拉力為F₁=G=500N；
石塊完全浸沒時受到的浮力為F_浮=ρ_液gV_排=1.0×10³kg/m³×9.8N/kg×0.02m³=196N
工人施加的拉力為F₂=G-F_浮=500N-196N=304N．
答：
（1）此裝置不能省力，好處是可以改變力的方向；
（2）石頭完全浸沒時，工人施加的拉力為304N；石頭離開水面后，拉力為500N．
點評：求解較復雜的浮力問題時，先要確定研究對象，然后對研究對象進行受力分析，根據方向的異同得出等量關系求解．