如图所示为一种蓄水箱的放水装置,AOB是以O点为转轴的轻质杠杆,AO呈水平状态,A、O两点间距离为40cm,B、O两点的水平距离为10cm,B、O两点的竖直距离为7cm。A点正下方的Q是-九年级物理

首页 > 考试 > 物理 > 初中物理 > 液体压强的计算/2020-04-22 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

题文

如图所示为一种蓄水箱的放水装置,AOB是以O点为转轴的轻质杠杆,AO呈水平状态,A、O两点间距离为40cm,B、O两点的水平距离为10cm,B、O两点的竖直距离为7cm。A点正下方的Q 是一个重为5N、横截面积为200cm2的盖板(盖板恰好能堵住出水口),它通过细绳与杠杆的A端相连。在水箱右侧的水平工作台上,有一质量为60kg 的人通过滑轮组拉动系在B点呈竖直状态的绳子,从而可以控制水是否能从出水口流出。若水箱中水深为50cm,当盖板恰好要被拉起时,人对绳子的拉力为F1,工作台对人的支持力为FN1;若水箱中水深为100cm,当盖板恰好要被拉起时,人对绳子的拉力为F2,工作台对人的支持力为FN2。已知FN1与FN2之比为69∶77,盖板的厚度、绳重及滑轮的摩擦均可忽略不计,人对绳的拉力与人所受重力在同一直线上,取g=10N/kg。求:
(1)当水箱中水深为50cm时,盖板上表面所受水产生的压强;
(2)人对绳子的拉力F1的大小;
(3)若与杠杆A、B两端连接的细绳足够结实,而人拉滑轮组的绳子所能承受的最大拉力为330N,则为能实现使用图中的装置放水,水箱中水的最大深度不得超过多少?

题型:计算题  难度:偏难

答案

解:
(1)盖板上表面所受水产生的压强 P1=ρ水gh =1.0×103kg/m3×10N/kg×0.5m =5000Pa。
(2)水深h1=50cm时,盖板受到水产生的压力 FQ1=P1S=5000Pa×0.02m2=100N。
当盖板恰好要被拉起时,受力情况如图甲所示,根据平衡条件,可知A端绳的拉力FA1=FQ1+G,所以FAl=105N。此时作用在杠杆A端的拉力F'A1=FAl=105N。作用在杠杆A端拉力的力臂lA等于40cm; B端拉力的力臂lB=10cm。根据杠杆平衡条件可知,此时作用在B端绳上的拉力FB1=(lA/lB)·F'A1=420N。
根据力的作用的相互性可知,此时连接B端的绳对动滑轮C的作用力FC1=FBl=420N。
设动滑轮所受重力为G,其受力情况如图乙所示,根据平衡条件对动滑轮应有5F1=FC1+G动。此时人的受力情况如图丙所示,因F1=F'1,根据平衡条件,对人有FN1=G+F'1=mg+(FC1+G)。
同理,当水深h2=100cm时,盖板受到水产生的压力FQ2=P2S=ρgh2S=200N 。
当盖板恰好要被拉起时,绳对杠杆A端绳的拉力F'Q2=FA2=FQ2+G=205N。
此时作用在B端绳上的拉力FB2=lAF'A2/lB=820N。 作用在动滑轮C下端的作用力FC2=FB2=820N。
根据平衡条件对动滑轮应有5F2=FC2+G动。
此时绳对人的拉力F'2=F2,所以根据平衡条件对人有FN2=G+F'2=mg+(FC2+G)。 
依题意知FNI∶FN2=69∶77,联立可解得G=30N。
所以F1=(FC1+G)=(420N+30N)=90N。
 (3)设拉力F3=330N时,水箱中水的最大深度为h3时盖板恰好能被拉起,通过上述分析可知,此时作用在动滑轮C下端的力FC3=5F3-G=5×330N-30N=1620N。
此时作用在杠杆A端的拉力F'A3=lBFC3/lA=405N。
根据平衡条件可知,当盖板恰好要被拉起时A端绳对它的拉力FA3=FQ3+G=F'A3,因为FQ3gh3S,所以可解得 h3=(FA3-G)/(ρgS)=(405N-5N)/(1.0×103kg/m3×10N/kg×0.02m2) =2m。

据专家权威分析,试题“如图所示为一种蓄水箱的放水装置,AOB是以O点为转轴的轻质杠杆,..”主要考查你对  液体压强的计算,滑轮(组)中拉力的计算  等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下:

液体压强的计算滑轮(组)中拉力的计算

考点名称:液体压强的计算

  • 液体压强的计算公式:
    P=ρgh(ρ是液体密度,单位是千克/米3;g=9.8牛/千克;h是深度,指液体自由液面到液体内部某点的竖直距离,单位是米。)

  • 对液体压强公式的理解
    1.由公式可知,液体内部的压强只跟液体的密度和深度有关,而跟液体的质量、重力、体积以及容器的形状、底面积等无关。

    2.公式只适用于计算静止的液体产生的压强,而对固体、气体或流动的液体均不适用。

    3.在液体压强公式中h表示深度,而不是高度。判断出h的大小是计算液体压强的关键,如图所示,甲图中A点的深度为30cm,乙图中B点的深度为 40cm.丙图中C点的深度为50cm。

    4.运用公式时应统一单位:ρ的单位用kg/m3,h 的单位用m,计算出的压强单位才是Pa。 

    5.两公式的区别与联系:是压强的定义式,  无论固体、液体还是气体,它都是普遍适用的;而是结合液体的具体情况通过推导出来的,所以适用于液体。

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