在如图所示装置中,杠杆和滑轮的重力及滑轮的摩擦均可忽略不计,杠杆AB可以绕O点在竖直平面内自由转动,A端通过竖直方向的轻

在如图所示装置中,杠杆和滑轮的重力及滑轮的摩擦均可忽略不计,杠杆AB可以绕O点在竖直平面内自由转动,A端通过竖直方向的轻绳与滑轮组相连,在B端用一轻绳沿竖直方向将杠杆拉住,使其始终保持水平平衡.在滑轮组的下方,悬挂一圆柱形的物体,此物体被浸在圆柱形容器内的液体中.已知杠杆O点两侧的长度关系为AO=2OB,圆柱形物体的底面积为10cm2、高为12cm,圆柱形容器的底面积为50cm2.若容器中的液体为水,在水深为20cm时物体的上表面恰与水面相平,此时杠杆B端绳上的拉力为F=1.6N;若容器中液体为某种未知液体,其质量与最初容器中的水的质量相等,此时未知液体的深度为18cm.(取g=10N/kg)求:
(1)圆柱形物体的密度;
(2)若容器中液体为某种未知液体时,未知液体对圆柱形容器底部的压强;
(3)若容器中液体为某种未知液体时,杠杆B端的拉力.
1小松 1年前 已收到1个回答 举报

vivian5200859 幼苗

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解题思路:1、先根据杠杆平衡的条件计算出杠杆A端受力关系,然后求出圆柱形物体体积,根据阿基米德原理求出圆柱形物体在水中的浮力,即可根据滑轮组的使用求出圆柱形物体的重力;最后根据密度和重力公式求出圆柱形物体的密度;
2.先根据容器底面积和高求出容器体积,然后求出容器中水的体积和液体的体积,用密度公式列出质量相等的等式即可求出液体的密度;最后直接利用p=ρgh计算液体压强.
3.圆柱形物体受重力、浮力和滑轮向上的作用力,根据杠杆平衡的条件和滑轮组的特点表示出作用在重物上的力,然后根据平衡列出等价关系式,解之即可.

(1)设放水前后作用在A端绳子的拉力为F1,圆柱体的体积为和密度分别为 V、ρ,则
F×OB=F1×OA;
∴F1=[OB/OA]×F=[OB/2OB]×1.6N=0.8N;
圆柱形物体的体积为V=Sh=10cm2×12cm=120cm3=1.2×10-4m3
∵圆柱形物体浸没在水中,则V=V=1.2×10-4m3
∴圆柱形物体在水中受到的浮力为F浮1Vg=ρVg=1×103kg/m3×1.2×10-4m3×10N/kg=1.2N;
由图可知:动滑轮的绳子股数n=3,
∵杠杆和滑轮的重力及滑轮的摩擦均可忽略不计,
∴F1=[1/n](G-F),
∴G=nF1+F=3×0.8N+1.2N=3.6N,
∴圆柱体的密度ρ=[m/V]=[G
V物g=
3.6N
1.2×103m3×10N/kg=3×103kg/m3
(2)杠杆始终保持水平平衡,则滑轮下的物体始终保持静止,又另一种液体的深度比水少2cm,
故物体浸入另一种液体的深度是12cm-2cm=10cm
水的体积是V=50cm2×20cm-10cm2×12cm=880cm3
未知液体的体积是V=50cm2×18cm-10cm2×10cm=800cm3
由于质量相等,ρVV
故未知液体的密度 ρ=
ρ水V水
V液=
1g/cm3×880cm3
800cm3=1.1g/cm3=1.1×103kg/m3
未知液体对圆柱形容器底部的压强p=ρgh=1.1×103kg/m3×10N/kg×0.18m=1980Pa.
(3)若容器中液体为某种未知液体时,设杠杆B端的拉力为F′.
∵未知液体的深度为18cm,杠杆始终保持水平平衡.
∴圆柱形的物体位置不变,则V=S(L-△h)=10cm2×(12cm-2cm)=100cm3=1×10-4m3
则作用在A端绳子的拉力F2=
1/n](G-F浮2)=[1/n](G-ρVg)=[1/3]×(3.6N-1.1×103kg/m3×10N/kg×1×10-4m3)≈0.83N,
根据杠杆平衡条件得:
F′×OB=F2×OA;
∴F′=[OA/OB]×F2=[2OB/OB]×0.83N=1.69N.
答:(1)圆柱形物体的密度为3×103kg/m3
(2)若容器中液体为某种未知液体时,未知液体对圆柱形容器底部的压强为1980Pa.
(3)若容器中液体为某种未知液体时,杠杆B端的拉力为1.69N.

点评:
本题考点: 滑轮组绳子拉力的计算;密度的计算;杠杆的平衡分析法及其应用;液体的压强的计算.

考点点评: 本题考查浮力、密度、体积等的计算,关键是公式及其变形的灵活运用,难点是对物体进行受力分析,本题难度很大,解题时一定要认真仔细.

1年前

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