Question

20．運(yùn)用知識(shí)解決問題：
（1）鋼筆吸墨水時(shí)，按下彈簧片，擠出管內(nèi)部分空氣，松開手后，管內(nèi)氣壓小于外界大氣壓，墨水在大氣壓的作用下進(jìn)入管內(nèi)．
（2）請(qǐng)?jiān)趫D1中畫出力F₁的力臂．
（3）如圖2所示，容器中裝水，輕質(zhì)杠桿左右力臂之比為3：1．物體A的密度為3×10³kg/m³、體積為2×10^-3m³．葉子姐姐用力F使杠桿水平平衡，則拉力F=120N．請(qǐng)畫出物體A的受力示意圖．

Answer 1

分析 （1）鋼筆吸墨水是典型的利用大氣壓強(qiáng)的實(shí)例，從這一角度來(lái)進(jìn)行分析即可．
（2）支點(diǎn)是點(diǎn)O，力臂L是支點(diǎn)到力F的作用線的距離．
（3）由密度公式的變形公式求出物體質(zhì)量，再利用G=mg求出其重力，物體A浸沒在水中排開水的體積等于其自身體積，利用F_浮=ρ_水gV_排求出浮力，再利用力的平衡求出物體A對(duì)杠桿的拉力，最后利用杠桿平衡條件求出拉力F的大小；
對(duì)物體A進(jìn)行受力分析，然后按照力的示意圖的畫法作出受力示意圖．

解答 解：（1）在鋼筆吸墨水的過程中，擠出管內(nèi)空氣，松開手后，管內(nèi)氣壓小于外界大氣壓，墨水在大氣壓的作用下進(jìn)入管內(nèi)；
（2）過O點(diǎn)作F作用線的垂線L即為F₁的力臂，如下圖所示：

（3）根據(jù)G=mg、ρ=$\frac{m}{V}$可得，物體A的重力：G=mg=ρVg=3×10³kg/m³×2×10^-3m³×10N/kg=60N，
物體A浸沒在水中排開水的體積等于其自身體積，即V_排=V=2×10^-3m³，
物體A浸沒在水中時(shí)受到的浮力：F_浮=ρ_水gV_排=1.0×10³kg/m³×10N/kg×2×10^-3m³=20N，
根據(jù)力的平衡可得，杠桿對(duì)物體A的拉力F_拉=G-F_浮=60N-20N=40N，
因?yàn)楦軛U對(duì)物體A的拉力與物體A對(duì)杠桿的拉力是一對(duì)平衡力，
所以，物體A對(duì)杠桿的拉力F_A=F_拉=40N，
根據(jù)杠桿平衡條件可得，F(xiàn)_AL_左=FL_右，
則拉力F=$\frac{{F}_{A}{L}_{左}}{{L}_{右}}$=$\frac{40N×3}{1}$=120N，
對(duì)物體A進(jìn)行受力分析可知，物體A共受到豎直向下的重力、豎直向上的浮力和拉力的作用，并且重力等于浮力與拉力之和，其作用點(diǎn)都在物體的重心上，如圖所示：

故答案為：（1）小于；大氣壓；（2）見解答圖；  （3）120；見解答圖．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了大氣壓的綜合應(yīng)用、力臂的畫法、力的示意圖、重力和密度公式的應(yīng)用、力的平衡、杠桿的平衡條件的掌握和運(yùn)用，是一道綜合性題目，考查非常全面，要求熟練掌握基礎(chǔ)知識(shí)．