Question

8．（1）在一個圓筒紙盒里有一條形磁鐵，圓筒紙盒外放一些小磁針．如圖1所示，是各個小磁針的指向示意圖，請你畫出圓筒紙盒里條形磁體并標(biāo)明N、S極．

（2）在圖2中，畫出使輕質(zhì)杠桿保持平衡的最小的力F及其力臂的示意圖（要求保留作圖痕跡）．
（3）如圖3所示，一小孩拉著木箱在水平地面勻速前進(jìn)，請做出木箱受力的示意圖．
（4）用彈簧測力計豎直掛一物體，當(dāng)物體浸入水中三分之一體積時，彈簧測力計示數(shù)為4N；當(dāng)物體浸入水中二分之一體積時，彈簧測力計示數(shù)為1N．取下該物體放入水中，物體靜止時受到的浮力是10N
（5）如圖4所示，在20N的水平拉力F作用下，重200N的物體沿水平地面向左做勻速直線運動，物體與地面間的滑動摩擦力為48N，則滑輪組的機(jī)械效率為80%；若物體的速度為0.2m/s，則1min內(nèi)拉力做的功為720J．
（6）如圖5甲所示，一塊質(zhì)量為1kg的鐵塊被吸附在豎直放置且足夠長的磁性平板上，在豎直向上拉力F=14N的作用下向上運動，鐵塊運動的速度v與時間t的關(guān)系圖象如圖5乙所示．則鐵塊受到的摩擦力為4N，0-6s內(nèi)拉力F做的功是16.8J．（取g=10N/kg）

Answer 1

分析 （1）小磁針靜止時，北極所指的方向即為該點的磁場方向（或磁感線方向）．知道磁感線從磁體的北極出來回到南極．
（2）此題是求杠桿最小力的問題，已知點O是動力作用點，那么只需找出最長動力臂即可，可根據(jù)這個思路進(jìn)行求解．
（3）先對物體進(jìn)行受力分析；作力的示意圖，要用一條帶箭頭的線段表示力，線段的長度表示力的大小，箭頭表示力的方向，起點或終點表示力的作用點，是平衡力的長度要相等．
（4）先利用稱重法求浸在水中的體積為物體體積的三分之一時和物體浸入一半時受到的浮力，從而得出物體的體積和重力；
利用F_浮=ρgV_排求出此時物體受到的浮力，和重力比較，確定物體存在的狀態(tài)，利用物體的浮沉條件求此時物體受到的浮力．
（5）用滑輪組水平拉動物體時，克服物體的摩擦力做的功是有用功，拉力做的功是總功；利用η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%即可算出滑輪組的機(jī)械效率；
根據(jù)速度公式求出物體移動的距離，根據(jù)s=nL求出繩子移動的距離，利用W=Fs求出拉力做的功．
（6）處于平衡狀態(tài)的物體受平衡力作用，即大小相等，方向相反，作用在一條直線上，作用在一個物體上．
功等于力和距離的乘積，即W=Fs．

解答 解：
（1）根據(jù)磁感線方向的規(guī)定，從北極出來回到南極．而小磁針靜止時北極所指的方向為磁場的方向，從而確定磁體的南北極．如圖所示：

（2）O為支點，所以力作用在杠桿的最右端，并且力臂是支點O到杠桿最右端的距離時，力臂最長，此時的力最�。�確定出力臂然后做力臂的垂線即為力F．如圖所示：

（3）小孩拉著木箱在水平地面勻速前進(jìn)，木塊在豎直方向上受到的重力G和支持力N；此外還受到水平向左的摩擦力f作用和沿繩子方向的拉力F的作用，過木塊重心，按照力的示意圖的畫法畫出這幾個力，如圖所示：

（4）彈簧測力計下的物體浸在水中的體積為物體體積的$\frac{1}{3}$時，彈簧測力計的示數(shù)為4N，可得：
F_浮1=G-F_拉1，
即ρ_水g$\frac{1}{3}$V=G-4N…①；
由當(dāng)?shù)踉趶椈蓽y力計下的物體浸在水中的體積為物體體積的$\frac{1}{2}$時，彈簧測力計的示數(shù)為1N，可得：
ρ_水g$\frac{1}{2}$V=G-1N…②
由①-②，解得V=$\frac{18}{{ρ}_{水}g}$．
當(dāng)從彈簧測力計上取下物體將其緩慢的放入水中，假設(shè)其全部浸沒，那么它受到的浮力：
F_浮=ρgV_排=1.0×10³kg/m³×g×V=1.0×10³kg/m³×g×$\frac{18}{{ρ}_{水}g}$=18N，
將V=$\frac{18}{{ρ}_{水}g}$．
代入ρ_水g$\frac{1}{3}$V=G-4N…①；
解得G=10N，
由于F_浮＞G，
則取下物體將其緩慢的放入水中，物體漂浮，
物體靜止時受到的浮力等于其重力，為10N．
（5）由圖可知，n=3，滑輪組的機(jī)械效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{fL}{Fs}$×100%=$\frac{fL}{FnL}$×100%=$\frac{f}{nF}$×100%=$\frac{48N}{3×20N}$×100%=80%；
由v=$\frac{s}{t}$可得，物體移動的距離：
L=vt=0.2m/s×60s=12m，
繩子移動的距離：
s=nL=3×12m=36m，
拉力做的功：
W=Fs=20N×36m=720J．
（6）由乙圖可見，鐵塊在豎直方向上運動時，速度保持不變，因此鐵塊做勻速直線運動，鐵塊受到平衡力的作用．在豎直方向上受到豎直向下的重力G、豎直向下的摩擦力f和豎直向上的拉力F，根據(jù)平衡力的特點，故鐵塊受到摩擦力大小f=F-G=14N-1kg×10N/kg=4N．
鐵塊在0～6s內(nèi)升高的距離s=vt=0.2m/s×6s=1.2m，因此拉力F做的功W=Fs=14N×1.2m=16.8J．
故答案為：
（1）、（2）、（3）見上圖；
（4）10；（5）80%；720；（6）4；16.8．

點評 （1）本題考查了由磁感線的方向的特點判斷磁體的磁極極性的能力．由磁體周圍的磁感線從N極出發(fā)回到S極進(jìn)行判斷．
（2）此題主要考查了杠桿中最小力的問題．解決此類題目的關(guān)鍵是確定出最長的力臂，并根據(jù)力臂的畫法做出最小的力．
（3）在畫力的示意圖時，若需要畫出物體受到的多個力的示意圖時，要將這幾個力畫成共點力．
（4）本題考查了密度的計算、重力的計算、浮力的計算（漂浮條件、阿基米德原理），涉及到用稱重法測量物體受到的浮力，知識點多，屬于難題．
（5）本題考查了滑輪組機(jī)械效率的計算和拉力做功的計算，注意水平方向運動的物體，有用功等于摩擦力與物體移動的距離的乘積，并能夠?qū)�功的相關(guān)知識熟練應(yīng)用．
（6）此題主要考查學(xué)生對二力平衡條件的掌握和應(yīng)用．首先，我們可以判斷物體是否受力平衡；其次，根據(jù)所求力的方向、以及平衡力的大小和方向準(zhǔn)確求出力的大小和方向．