Question

如图甲所示，正方体A边长0.2m，作为配重使用，杠杆OE：OF=2：3，某同学用这个装置和一个密闭容器D提取水中的圆柱体B，圆柱体B的体积是密闭容器D的；旁边浮体C的体积是0.1m³，该同学站在浮体C上，C总体积的浸入水中；该同学用力拉动滑轮组绕绳自由端，手拉绳的功率P和密闭容器D匀速被提升的距离关系如图乙所示；密闭容器D上升速度0.05m/s保持不变，密闭容器D被提出水后，将圆柱体B从密闭容器D中取出放在浮体C的上面，同时手松开绳子时，浮体C露出水面的体积减少总体积的；在提升全过程中，配重A始终没有离开地面．两个定滑轮总重10N．（绳的重力，滑轮与轴的摩擦及水的阻力不计．g=10N/kg），求：
（1）D完全露出水面时人拉绳的力的大小．
（2）圆柱体B的重力；
（3）密闭容器D离开水面时，滑轮组提升重物B的机械效率；（百分号前面保留整数）；
（4）圆柱体B的密度；

Answer 1

【答案】分析：（1）由图象可知D完全露出水面时F₁的功率，知道D上升的速度，求出拉力端移动的速度，利用P=Fv求拉力大小；
（2）把B放在C上，且放开手后，知道浮体C露出水面的体积减少总体积的 ，可得G_B+F₁=ρ_水g V_C，据此求圆柱体B的重力；
（3）对圆柱体做的功为有用功利用W=Gh计算，拉力做的功为总功利用W=Fs计算，再利用效率公式求此装置的机械效率；
（4）绳的重力，滑轮与轴的摩擦及水的阻力不计，利用F=（G_B+G_D+G_轮）求容器D和动滑轮总重，
由图可知，D未出水面时的功率，利用P=Fv求此时拉力，再根据F=（G_B+G_D+G_轮-F_浮）求此时容器D受浮力大小，
再根据阿基米德原理求容器D的体积，根据圆柱体B的体积是密闭容器D的 求圆柱体B的体积；利用G=mg=ρvg求圆柱体B的密度．
解答：解：（1）由图象可知D完全露出水面时F₁的功率P₁=12W，P₁=F₁υ，
解之  ，
答：D完全露出水面时人拉绳的力为80N．
（2）B放在C上，且放开手后，，
，
答：圆柱体B的重力为200N．
（3），
答：滑轮组提升重物B的机械效率为83%．
（4）∵F₁=（G_B+G_D+G_轮），
∴G_D+G_动=3F₁-G_B=3×80N-200N=40N；
D未出水面时的功率为P₂=6W，拉力：F₂===40N；
又∵F₁=（G_B+G_D+G_轮-F_浮），
∴D受浮力F_浮=G_B+G_D+G_动-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：圆柱体B的密度为5×10³kg/m³．
点评：本题为力学综合题，分析时要求灵活选用公式，仔细分析题图明白题意、从图象得出相关信息是本题的关键．