题目内容
【题目】巴蜀中学初2020届同学设计了一款如图甲所示的力学装置，杠杆OAB始终在水平位置保持平衡，O为杠杆的支点，OB=3OA，竖直细杆a的上端通过力传感器连在天花板上，下端连在杠杆的A点，竖直细杆b的两端分别与杠杆和物体M固定，水箱的质量为0.8kg，不计杠杆、细杆及连接处的重力。当图甲所示的水箱中装满水时，水的质量为3kg。力传感器可以显示出细杆a的上端受到作用力的大小，图乙是力传感器的示数大小随水箱中水的质量变化的图像：
(1)图甲所示的水箱装满水时，水受到的重力为多少N；
(2)物体M的密度为kg/m3；
(3)当向水箱中加入质量为1kg的水时，力传感器的示数大小为F；继续向水箱中加水，则当力传感器的示数大小变为4F时，水箱对桌面的压力为多少N？
【答案】(1) 30N；(2)
；(3) 38N
【解析】
(1)根据题意知道，当图甲所示的水箱中装满水时，水的质量为3kg，所以，水受到的重力是
(2)由图乙可知，水箱中没有水时（m＝0），压力传感器受到的拉力FA＝6N，由杠杆的平衡条件F1l1＝F2 l 2知道
所以
即物体M的质量是
水箱中水质量为0~1kg时，压力传感器受到的拉力为6N不变，此时M没有受到浮力作用，即水箱中水质量为1kg时，液面恰在M下表面处。
水箱中水质量为1~2kg时，压力传感器受到的拉力先变小后变大。变小时，M受到向上浮力作用逐渐变大，M对杠杆OAB的B端有向下的拉力逐渐变小；压力传感器受到的拉力为零时，M受到向上浮力等于M重力作用，M对杠杆OAB的作用力为零；继续加水时，M受到向上浮力逐渐变大， M重力不变，M对杠杆OAB的B端向上的支持力逐渐大。
水箱中水质量为2~3kg时，压力传感器受到的拉力为24N不变，即B端受到M对杠杆OAB力不再变化，则此时M完全浸入由杠杆的平衡条件可知
所以
以M为研究对象，M此时受到浮力为
所以M的体积为
物体M的密度为
(3)由图乙可知，加入质量为1kg的水时，力传感器的示数大小为6N，当加入质量为2kg的水时，力传感器的示数大小为24N，即为加入质量为1kg的水时力传感器的示数的4倍。由第二问可知，此时B端受到M对杠杆OAB向上的8N的力。
将水箱、加入水箱的水、浮块整体作为研究对象，杠杆OAB对整体由向下的8N的压力，则水箱此时对桌面的压力为
答：(1)水箱装满水时，水受到的重力为30N；
(2)物体M的密度为；
(3)当向水箱中加入质量为1kg的水时，力传感器的示数大小为F；则当力传感器的示数大小变为4F时，水箱对桌面的压力为38N。
【题目】在“探究杠杆平衡条件”的实验中：
(1)实验前，杠杆如图甲所示，这时应将平衡螺母向______（选填“左”或“右”）调节，使杠杆在水平位置平衡。这样做的好处是__________，同时还可以避免杠杆自重对实验的影响，原因是_________；
(2)杠杆调平后，在不同的位置挂不同数量的钩码，使杠杆重新在水平位置平衡，得到下表中的实验数据：分析实验数据得到结论：____________（用字母表示）；
次数 | 动力F1/N | 动力臂l1/cm | 阻力F2/N | 阻力臂l2/cm |
1 | 6 | 5 | 5 | 6 |
2 | 5 | 10 | 10 | 5 |
3 | 4 | 15 | 6 | 10 |
4 | 2 | 20 | 8 | 5 |
(3)如图乙所示，在杠杆的左则挂上适当的钩码，在杠杆的右则用弹簧测力计按图中b的方向拉，使杠杆在水平位置平衡，这时测力计的读数F=_________N；如果测力计按图中a的方向拉，使杠杆在水平位置平衡，则测力计读数F'_______F（选填“>”、“<”、“=”）。
