Question

如圖甲所示，正方體A邊長(zhǎng)0.2m，作為配重使用，杠桿OE：OF=2：3，某同學(xué)用這個(gè)裝置和一個(gè)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，C總體積的浸入水中；該同學(xué)用力拉動(dòng)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，將圓柱體B從密閉容器D中取出放在浮體C的上面，同時(shí)手松開(kāi)繩子時(shí)，浮體C露出水面的體積減少總體積的；在提升全過(guò)程中，配重A始終沒(méi)有離開(kāi)地面．兩個(gè)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）D完全露出水面時(shí)人拉繩的力的大�。�
（2）圓柱體B的重力；
（3）密閉容器D離開(kāi)水面時(shí)，滑輪組提升重物B的機(jī)械效率；（百分號(hào)前面保留整數(shù)）；
（4）圓柱體B的密度；

Answer 1

解：（1）由圖象可知D完全露出水面時(shí)F₁的功率P₁=12W，P₁=F₁υ，
解之 ，
答：D完全露出水面時(shí)人拉繩的力為80N．
（2）B放在C上，且放開(kāi)手后，，
，
答：圓柱體B的重力為200N．
（3），
答：滑輪組提升重物B的機(jī)械效率為83%．
（4）∵F₁=（G_B+G_D+G_輪），
∴G_D+G_動(dòng)=3F₁-G_B=3×80N-200N=40N；
D未出水面時(shí)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(dòng)-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．
答：圓柱體B的密度為5×10³kg/m³．
分析：（1）由圖象可知D完全露出水面時(shí)F₁的功率，知道D上升的速度，求出拉力端移動(dòng)的速度，利用P=Fv求拉力大��；
（2）把B放在C上，且放開(kāi)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g V_C，據(jù)此求圓柱體B的重力；
（3）對(duì)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；
（4）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(dòng)滑輪總重，
由圖可知，D未出水面時(shí)的功率，利用P=Fv求此時(shí)拉力，再根據(jù)F=（G_B+G_D+G_輪-F_浮）求此時(shí)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．
點(diǎn)評(píng)：本題為力學(xué)綜合題，分析時(shí)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．