Question

如圖所示裝置中，杠桿和滑輪的重力及滑輪的摩擦均可忽略不計(jì)，杠桿AB可以繞O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，A端通過豎直方向的輕繩與滑輪組相連，在B端用一輕繩沿豎直方向?qū)⒏軛U拉住，使其始終保持水平平衡．在滑輪組的下方，懸掛一圓柱形的物體，此物體被浸在圓柱形容器內(nèi)的液體中．已知杠桿O點(diǎn)兩側(cè)的長(zhǎng)度關(guān)系為AO=2OB，圓柱形物體的底面積為10cm²、高為12cm，圓柱形容器的底面積為50cm²．若容器中的液體為水，在水深為20cm時(shí)物體的上表面恰與水面相平，此時(shí)杠桿B端繩上的拉力為F₁；打開圓柱形容器下方的閥門K，將水向外釋放，直到物體露出水面的體積為其總體積的2/3時(shí)，將閥門K關(guān)閉，此時(shí)杠桿B端繩上的拉力為F₂，且F₁：F₂=3：5．若容器中液體為某種未知液體，其質(zhì)量與最初容器中的水的質(zhì)量相等，此時(shí)未知液體的深度為18cm，杠桿B端繩上的拉力為F₃．（取g=10N/kg）
求：
（1）圓柱形物體的密度；
（2）未知液體的密度；
（3）作用在B端的拉力F₃ 大��；（小數(shù)點(diǎn)后保留兩位）
（4）未知液體對(duì)圓柱形容器底部的壓強(qiáng)．

Answer 1

【答案】分析：1、先根據(jù)杠桿平衡的條件計(jì)算出杠桿B端受力關(guān)系，然后根據(jù)重物受平衡力作用，對(duì)重物進(jìn)行受力分析得出等量關(guān)系；各個(gè)關(guān)系式聯(lián)立求出密度；
2．先根據(jù)底面積和高求出體積，然后根據(jù)阿基米德原理確定質(zhì)量相當(dāng)，用密度和體積表示出質(zhì)量關(guān)系即可求出液體的密度；
3．重物受重力、浮力和滑輪向上的作用力，根據(jù)杠桿平衡的條件和滑輪組的特點(diǎn)表示出作用在重物上的力，然后根據(jù)平衡列出等價(jià)關(guān)系式，解之即可；
4．直接利用液體壓強(qiáng)公式P=ρgh進(jìn)行計(jì)算即可．
解答：解：（1）設(shè)放水前后作用在A端繩子的拉力分別為F₁′、F₂′，圓柱體的體積為和密度分別為 V、ρ，則
F₁×OB=F₁′×OA 
F₂×OB=F₄×OA          
由上面兩個(gè)式子可得==3：5        ①
ρ_水Vg+3F₁′=G=ρVg                      ②
Vg+3F₂′=G=ρVg                   ③
聯(lián)立①②③得圓柱體的密度ρ=2ρ_水=2×1.0g/cm³=2g/cm³．
（2）水的體積是 V_水=50cm²×20cm-10cm²×12cm=880cm³，
未知液體的體積是 V=50cm²×18cm-10cm²×10cm=800cm³，
由于質(zhì)量相等，ρ_水V_水=ρV，故未知液體的密度 ρ_液===1.1g/cm³．
（3）F₃=×（G-F_浮）=2×（2×10³kg/m³×10N/kg×10cm²×12cm×10^-6-1.1×10³kg/m³×10N/kg×10cm²×10cm×10^-6）=0.87N．
（4）P=ρ_液gh=1.1×10³kg/m³×10N/kg×0.18m=1980Pa．
答：（1）圓柱形物體的密度為2g/cm³；
（2）未知液體的密度為1.1g/cm³；
（3）作用在B端的拉力F₃ 大小為0.87N；
（4）未知液體對(duì)圓柱形容器底部的壓強(qiáng)為1980Pa．
點(diǎn)評(píng)：本題考查浮力、密度、體積等的計(jì)算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用，難點(diǎn)是對(duì)物體進(jìn)行受力分析，本題難度很大，解題時(shí)一定要認(rèn)真仔細(xì)．