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问题详情:
如图所示,杠杆AD放在钢制水平凹槽BC中,杠杆AD能以B点或C点为支点在竖直平面内转动,BC=0.2m.细绳的一端系在杠杆的A端,另一端绕过动滑轮固定在天花板上,物体E挂在动滑轮的挂钩上.浸没在水中的物体H通过细绳挂在杠杆的D端,与杠杆D端固定连接的水平圆盘的上表面受到的压力为F.已知60N≤F≤200N,动滑轮的质量m0=1kg,物体H的密度ρ=2×103kg/m3,AD=0.8m,CD=0.2m,杠杆、圆盘、细绳的质量及摩擦均忽略不计,g取10N/kg.为使杠杆AD保持水平平衡,求:
(1)物体E的最小质量m;
(2)物体H的最小体积V.
【回答】
解:由于60N≤F≤200N,当Fmin=60N时,由题意知,此时以B点为支点,分别以E、杆、H为研究对象,受力分析如图所示:
;
因为是动滑轮,所以FA=(m+m0)g
FD=F+GH﹣F浮=F+ρgV﹣ρ水gV
根据题意及杠杆的平衡条件:
FA•LAB≤FD•LBD
则(m+m0)g×LAB≤(Fmin+ρgV﹣ρ水gV)×LBD ①
当Fmax=200N时,由题意知,此时以C点为支点,分别以以E、杆、H为研究对象,受力分析如图所示:
根据题意及杠杆的平衡条件:
FA•LAC≥FD•LCD
则(m+m0)g×LAC≥(Fmax+ρgV﹣ρ水gV)×LCD ②
由①②可得:
(Fmax+ρgV﹣ρ水gV)≤(m+m0)g≤Fmin+ρgV﹣ρ水gV
V≥1.0×10﹣3m3,m≥13kg
因此物体E的最小质量为13kg,物体H的最小体积为1.0×10﹣3m3.
答:(1)物体E的最小质量为13kg;(2)物体H的最小体积为1.0×10﹣3m3.
知识点:压强和浮力单元测试
题型:计算题
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