Question

17．如圖所示，重物A是體積為10dm³，受重力為8OON的金屬塊，將它完全浸沒在水中，始終未提出水面．若不計(jì)摩擦和動(dòng)滑輪重，要保持平衡，g=10N/kg，求：
（1）畫出物體A浸沒在水中靜止時(shí)受浮力示意圖．
（2）若緩慢將重物A提升2m，拉力做的功是多少？
（3）若物體浸沒在水下一定深度，緩慢勻速提升出水面一定高度的過程中，請(qǐng)?jiān)趫D乙中大致作出拉力F與上升高度h的變化關(guān)系圖象．（不需要標(biāo)注相關(guān)數(shù)據(jù)）

Answer 1

分析 （1）先根據(jù)F_浮=ρ_水gV_排求出浮力大小，然后根據(jù)浮力的作用點(diǎn)在物體的重心，方向豎直向上，表示出浮力的三要素；
（2）因?yàn)椴挥?jì)摩擦和動(dòng)滑輪重，根據(jù)F=$\frac{1}{2}$（G-F_浮）求出拉力，然后根據(jù)s=2h求出繩端移動(dòng)的距離，最后利用W=Fs求出拉力做的功；
（3）根據(jù)F_浮=ρ_液gV_排判斷出重物物體浸沒在水下一定深度，緩慢勻速提升出水面一定高度的過程中，浮力的變化情況；
然后再根據(jù)F=$\frac{1}{2}$（G-F_浮），判斷出拉力的變化，從而做出圖象．

解答 解：（1）物體A浸沒在水中，物體A排開水的體積V_排=V_A=10dm³=0.01m³，
則物體所受的浮力：
F_浮=ρ_水gV_排=1×10³kg/m³×10N/kg×0.01m³=100N，
過物體A的重心沿豎直向上的方向畫一條帶箭頭的線段，并用符號(hào)F_浮表示，大小為100N；如下圖所示：

（2）由圖可知，動(dòng)滑輪繩子的股數(shù)n=2，
若不計(jì)摩擦和動(dòng)滑輪重，則拉力：
F=$\frac{1}{2}$（G-F_浮）=$\frac{1}{2}$×（800N-100N）=350N，
繩端移動(dòng)的距離：
s=2h=2×2m=4m，
則拉力做的功：
W=Fs=350N×4m=1400J．
（3）由浮力的計(jì)算公式F_浮=ρ_液gV_排可知：在重物露出水面之前，水的密度不變，排開水的體積不變，浮力不變；
從重物開始露出水面到重物完全露出水面時(shí)，水的密度不變，排開水的體積變小，浮力變��；
根據(jù)F=$\frac{1}{2}$（G-F_浮）可知，鐵塊的重力是不變的，所拉力先不變后變大；
當(dāng)重物離開水面繼續(xù)提升一定高度的過程中，拉力F=$\frac{1}{2}$G；
綜上所述，拉力F先不變后變大，最后保持不變且等于物體A的重力的一半，故拉力F與上升高度h的變化關(guān)系圖象如上圖所示．
答：（1）見上圖；
（2）若緩慢將電物A提升2m，拉力做的功是1400J；
（3）見上圖．

點(diǎn)評(píng) 此題考查力的示意圖、浮力的計(jì)算、功的計(jì)算以及繪制圖象的能力，涉及到的知識(shí)點(diǎn)較多，有一定的難度，尤其是利用動(dòng)滑輪在水中提升重物時(shí)，不計(jì)摩擦和動(dòng)滑輪重，根據(jù)拉力F=$\frac{1}{2}$（G-F_浮）是正確解題的關(guān)鍵．