问题 计算题

为了监测水库的水位,小明设计了利用电子秤显示水库水位的装置。该装置由长方体A和B、滑轮组、轻质杠杆CD、电子秤等组成,且杠杠始终在水平位置平衡,OC:OD=1:2,如图所示。

已知A的体积为0.03m3,A所受的重力600N,B所受的重力为110N;当水位上涨到与A的上表面相平时,水面到水库底部的距离h=20m。不计滑轮和绳的重力与摩擦。已知水的密度为1x103kg/m3.求:

(l)水库底部受到水的压强;

(2)A受到的浮力;

(3)此时电子秤受到B对它的压力。

答案

(l)2.0×105Pa  (2) 300N (3)60N

(1)水库底部受到水的压强

P=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×20m =2.0×105Pa 

(2)A受到的浮力

FgV=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.03m3="300N"

(3)对A进行受力分析:竖直向下的重力GA、竖直向上的浮力F、竖直向上绳的拉力F

F= GA-F=600N-300N=300N

对滑轮组,不计滑轮和绳的重力与摩擦,

下端绳子对滑轮组的拉力F/= F=300N

每股绳子拉力FC="1/3" F/=1/3×300N=100N

对轻质杠杆CD,绳子对杠杆C点拉力FC= FC=100N

根据杠杆平衡条件:FCOC=FDOD,可得

FD= FCOC/OD=100N×1/2=50N

对B进行受力分析:竖直向下的重力GB、竖直向上绳的拉力FD、竖直向上电子秤支持力F

FD= FD= =50N

F= GB-FD="110N" N-50N=60N

根据力的作用相互性,电子秤受到B对它的压力F= F=60N

(1)直接利用液体压强公式p=ρgh求底部受到水的压强;

(2)已知物块A的体积(物块A的顶部刚没入水面时排开水的体积),利用阿基米德原理求物块A所受的浮力;

(3)对各个物体分别进行受力分析,应用相关知识:浮力、杠杆、滑轮组、作用力与反作用力,解决实际问题。

【考点】液体压强,浮力,杠杆,滑轮组,受力分析,作用力与反作用力等。

单项选择题
综合