Question

20．运用知识解决问题：
（1）钢笔吸墨水时，按下弹簧片，挤出管内部分空气，松开手后，管内气压小于外界大气压，墨水在大气压的作用下进入管内．
（2）请在图1中画出力F₁的力臂．
（3）如图2所示，容器中装水，轻质杠杆左右力臂之比为3：1．物体A的密度为3×10³kg/m³、体积为2×10^-3m³．叶子姐姐用力F使杠杆水平平衡，则拉力F=120N．请画出物体A的受力示意图．

Answer 1

分析 （1）钢笔吸墨水是典型的利用大气压强的实例，从这一角度来进行分析即可．
（2）支点是点O，力臂L是支点到力F的作用线的距离．
（3）由密度公式的变形公式求出物体质量，再利用G=mg求出其重力，物体A浸没在水中排开水的体积等于其自身体积，利用F_浮=ρ_水gV_排求出浮力，再利用力的平衡求出物体A对杠杆的拉力，最后利用杠杆平衡条件求出拉力F的大小；
对物体A进行受力分析，然后按照力的示意图的画法作出受力示意图．

解答 解：（1）在钢笔吸墨水的过程中，挤出管内空气，松开手后，管内气压小于外界大气压，墨水在大气压的作用下进入管内；
（2）过O点作F作用线的垂线L即为F₁的力臂，如下图所示：

（3）根据G=mg、ρ=$\frac{m}{V}$可得，物体A的重力：G=mg=ρVg=3×10³kg/m³×2×10^-3m³×10N/kg=60N，
物体A浸没在水中排开水的体积等于其自身体积，即V_排=V=2×10^-3m³，
物体A浸没在水中时受到的浮力：F_浮=ρ_水gV_排=1.0×10³kg/m³×10N/kg×2×10^-3m³=20N，
根据力的平衡可得，杠杆对物体A的拉力F_拉=G-F_浮=60N-20N=40N，
因为杠杆对物体A的拉力与物体A对杠杆的拉力是一对平衡力，
所以，物体A对杠杆的拉力F_A=F_拉=40N，
根据杠杆平衡条件可得，F_AL_左=FL_右，
则拉力F=$\frac{{F}_{A}{L}_{左}}{{L}_{右}}$=$\frac{40N×3}{1}$=120N，
对物体A进行受力分析可知，物体A共受到竖直向下的重力、竖直向上的浮力和拉力的作用，并且重力等于浮力与拉力之和，其作用点都在物体的重心上，如图所示：

故答案为：（1）小于；大气压；（2）见解答图；  （3）120；见解答图．

点评 本题考查了大气压的综合应用、力臂的画法、力的示意图、重力和密度公式的应用、力的平衡、杠杆的平衡条件的掌握和运用，是一道综合性题目，考查非常全面，要求熟练掌握基础知识．