Question

【题目】某实验员为了探究“向水中释放潜水装置的有关规律”，他建立了如图甲所示的理想模型。由复合材料制成的圆柱体A悬挂在动滑轮下面，一根绳子通过某种绕法（未画出）将定滑轮、动滑轮组成滑轮组，绳子的一端握在实验员手中。实验员通过缓慢释放

绳子，使物4体A在空中下降，然逐渐进入水中。实验时，物体A下表面向下移动的距离为x，实验员手拉绳子的力F与x的关系如图乙所示，已知圆柱体A的密度ρA＝2×103kg/m3，底面积S＝0.09m2，高H＝1m；不计动滑自重，不计绳重和滑轮组各处摩擦。ρ水＝1×103kg/m3，g取10N/kg，实验员的质量约为70kg。

（1）求A物体的重力G；

（2）通过计算猜想滑轮组中的绳子的绕法在图甲中画出一种绕法（滑轮不一定都用上）：

（3）计算出图乙中Fx的数值，并推算当物体A浸入水中0.4m深时，实验员对绳子的拉力F。

Answer 1

【答案】（1）1800N（2）（3）480N

【解析】

（1）先根据几何公式求出物体A的体积，再利用计算物体A的质量，最后根据G=mg计算A物体的重力；

（2）由F-x图象知道，当x=0时，F=600N，由于不计动滑自重、绳重和滑轮组各处摩擦，根据F=计算连接动滑轮绳子的股数，最后画出滑轮组中的绳子的绕法；

（3）由F-x图象可知，当x≥2m时，手拉绳子的力Fx 不变，此时物体A浸没在水中，根据计算物体A 受到的浮力，由计算Fx 的数值；当物体A浸入水中h=0.4m深时，物体A受到的浮力，最后根据计算实验员对绳子的拉力。

（1）由于圆柱体A的底面积是：S＝0.09m2，高是：H＝1m，

所以，物体A的体积是：VA =SH=0.09m2 ×1m=0.09m3 ，

由知道，物体A的质量是：=180kg，

故A物体的重力是：G=mg=180kg×10N/kg=1800N；

（2）由F-x图象知道，当x=0时，F=600N，即物体A在空中下降时的拉力为600N，

由于不计动滑自重、绳重和滑轮组各处摩擦，由F=知道连接动滑轮绳子的股数是：n=， 即有三股绳子的拉力与重力G平衡，所以，绳子的绕法有多种，其中之一如下图：

（3）由F-x图象知道，当x≥2m时，手拉绳子的力Fx 不变，说明此时物体A浸没在水中，故物体A排开水的体积是：V排=VA =0.09m3 ，

此时物体A 受到的浮力是：

此时物体A受到重力、浮力和拉力的作用，

且拉力是：

当物体A浸入水中h=0.4m时，物体A排开水的体积是：

物体A受到的浮力是：

此时实验员对绳子的拉力是：。