Question

18．科技小組的同學用泡沫塑料和燈泡等物件制作了一個航標燈模型，如圖1所示．航標燈A總重4N，A底部與浮子B用細繩相連．當水位上升時，浮子B下降；水位下降時，浮子B上升，使航標燈A靜止時浸入水中的深度始終保持為5cm，航標燈A排開水的質量為500g、浮子B重0.5N（不計繩重和繩與滑輪之間的摩擦，g取10N/kg，ρ_水=1.0×10³ kg/m³）．問：
（1）在圖2中畫出浮子B靜止時受到力的示意圖．
（2）圖1中滑輪的作用是：改變繩子拉力的方向．
（3）泡沫塑料A底部受到水的壓強為500Pa．
（4）航標燈靜止時，浮子B的體積應為1.5×10^-4m³

Answer 1

分析 （1）對浮子B進行受力分析，然后很據(jù)里的示意圖畫出浮子B靜止時受到力的示意圖；
（2）定滑輪不省力，可以改變力的方向；
（3）知道泡沫塑料A底部所處的深度和水的密度，利用液體壓強公式求其受到的壓強大�。�
（4）知道航標燈靜止時排開水的質量，利用阿基米德原理求航標燈受到的浮力；
航標燈靜止時，浮子B受的浮力（豎直向上）等于豎直向下的重力加上拉力，而拉力等于泡沫塑料A受到的浮力減去航標燈模型的總重，再利用阿基米德原理求浮子B的體積．

解答 解：（1）浮子B靜止時受浮力、拉力和重力的作用，浮力方向豎直向上，拉力和重力方向豎直向下，如圖所示：
（2）由圖可知，圖1中滑輪是定滑輪，定滑輪不省力，可以改變力的方向；
（3）A底部受到水的壓強p=ρgh=1×l0³kg/m³×10N/kg×0.05m=500Pa；
（4）繩子對A的拉力：F_拉=G_浮-G_A=5N-4N=1N，
B受到繩子的拉力：F′=F_拉=1N                      
B受到的浮力：F_B浮=G_B浮=G_B+F′=0.5N+1N=1.5N，
由F_浮=ρgV_排得，V_B=V_排=$\frac{{F}_{B浮}}{ρg}$=$\frac{1.5N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.5×10^-4m³，
故答案為：（1）

（2）改變繩子拉力的方向；（3）500；（4）1.5×10^-4．

點評 本題考查了力的合成（力的平衡）、阿基米德原理、物體的浮沉條件（漂浮條件）、液體的壓強計算，正確對浮子B進行受力分析是本題的關鍵．