如图所示?支撑杠杆水平平衡的支架AOB随物体M在液体中能上下运动自动升降,物体M的密度为2.7×103kg/m3,轻质杠杆LOA:LOB=2:5.某同学质量为60kg,利用这个装置进行多次实验操作,并将实验数据记录于表格中(表格中F浮为物体所受的浮力、h为物块浸入液体的深度,P为液体对容器底部的压强),在各次操作过程中可认为杠杆始终保持水平.其中一次实验用力F1拉动绳自由端匀速竖直向下运动,该同学对地面的压强为独立站在地面时对地压强的一半,滑轮组的机械效率η=90%.已知,物体M浸没在液体中时,液体深度1.8m(绳的重力、滑轮与轴的摩擦及液体对物体的阻力不计.g=10N/kg).
F浮/N100200300400500600600600h/m0.10.20.30.40.50.60.70.8P/pa1672516975172251742517725180001800018000求:(1)拉力F1的大小;
(2)液体的密度;
(3)物体M完全露出液体表面时,滑轮组的机械效率(百分号前面保留整数).
网友回答
解:(1)人的重力G人=m人g=60kg×10N/kg=600N,
拉力是人的重力的一半,F1=G人=×600N=300N;
(2)由表中最后三列数据可知,物体完全浸没时,液体对容器底面的压强为P=18000Pa,
由p=ρ液gh得,ρ液===1×103kg/m3;
(3)分析滑轮组可知,这是一个由2段绳子承担物重的滑轮组,设作用在C端的拉力为FC,
∵η=
∴作用在C点的拉力FC=η×nF1=90%×2×300N=540N;
又∵F1=(FC+G动)
∴动滑轮的重力G动=2F1-FC=2×300N-540N=60N;
根据浮力的公式,当物体完全浸没时,
物体的体积VM===0.06m3,
物体的重力GM=ρMgVM=2.7×103kg/m3×10N/kg×0.06m3=1620N;
根据杠杆的平衡条件,FA×LOA=FB×LOB,
∵FA=GM,LOA:LOB=2:5,
∴FB===648N,
η′===92%.
答:(1)拉力F1的大小为300N;
(2)液体的密度为1×103kg/m3;
(3)物体M完全露出液体表面时,滑轮组的机械效率为92%.
解析分析:(1)用力F1拉动绳自由端匀速竖直向下运动,该同学对地面的压强为独立站在地面时对地压强的一半,受力面积没变,那么压力当然就是人的重力的一半;
(2)从表格中可以读出物体完全浸没时,液体对容器底面的压强,再根据压强的公式可求出液体的密度;
(3)先根据拉力为F1时滑轮组的机械效率,求出动滑轮的重力.再根据浮力的知识求出物体M的体积,进而求出其重力.再根据杠杆的平衡条件求出当物体完全露出液面时,作用在B点的拉力.最后根据机械效率的公式进行计算,可求出第二次机械效率的大小.
点评:此题的综合性较强,有滑轮组、有杠杆的平衡条件、有浮力公式的应用、有机械效率的计算、有液体内部压强的计算.能否将所学的原理与公式在题目中加以应用,关键还取决于能否对题意有一个正确的分析,因此,分析题意,明确这一装置的工作原理与过程,搞清各力之间的关系,才是真正的关键.