Question

邊長為0.1m質(zhì)量均勻的正方體物體M，單獨(dú)放在水平地面上對地面的壓強(qiáng)為5.4×10³ Pa．如圖所示裝置，橫桿可繞固定點(diǎn)O在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，系在橫桿B 端的細(xì)繩繞過動滑輪，動滑輪連著物體M．用力F在A點(diǎn)豎直向上提橫桿時，橫桿在水平位置平衡，此時物體M 對地面的壓強(qiáng)為1.8×10³ Pa，若仍用力F在距離A點(diǎn)0.1m處豎直向上提橫桿，使橫桿仍在水平位置平衡，此時物體M 對地面壓強(qiáng)為1.0×10³ Pa，已知橫桿上AB部分的長為0.2m，AB：OA=1：3，g取10N/kg，不計(jì)橫桿質(zhì)量、繩質(zhì)量和摩擦．則力F的大小為________N．

Answer 1

32
分析：根據(jù)正方體物體的邊長，求出物體的底面積，知道壓強(qiáng)，求出地面受到的壓力，求出物體M的重力；
當(dāng)力F作用在A點(diǎn)時，求出地面受到的壓力，求出杠桿對動滑輪的拉力，根據(jù)杠桿平衡條件列出方程①．
若仍用力F在距離A點(diǎn)0.1m處豎直向上提橫桿，使橫桿仍在水平位置平衡，物體對地面的壓強(qiáng)減小，壓力減小，一定是增大了動力臂，所以拉力向左移動了0.1m．根據(jù)杠桿平衡條件列出方程②；解方程組得出拉力F和動滑輪的重力．
解答：S=0.1m×0.1m=0.01m²，
物體的重力G=F=pS=5.4×10³Pa×0.01m²=54N；
設(shè)動滑輪的重力為G_動，當(dāng)在杠桿A端施加F大小的力杠桿平衡時，地面受到的壓強(qiáng)為1.8×10³Pa，地面受到的拉力為F'=p'S=1.8×10³Pa×0.01m²=18N，
滑輪對物體的拉力為F₁=G-F'=54N-18N=36N，
∵不計(jì)橫桿質(zhì)量、繩質(zhì)量和摩擦，
∴杠桿B端受到的拉力：
F_B=（F₁+G_動）
∵AB：OA=1：3，AB=0.2m
∴OA=0.6m，OB=0.8m，
根據(jù)杠桿平衡條件得，
F_B×OB=F×OA，
即：（F₁+G_動）×OB=F×OA，
（36N+G_動）×0.8m=F×0.6m-------①
若仍用力F在距離A點(diǎn)0.1m處豎直向上提橫桿，使橫桿仍在水平位置平衡，物體對地面的壓強(qiáng)減小，壓力減小，一定是增大了動力臂，所以拉力向左移動了0.1m，
當(dāng)在杠桿A端施加F大小的力杠桿平衡時，地面受到的壓強(qiáng)為1.0×10³ Pa，地面受到的拉力為F″=p″S=1.0×10³ Pa×0.01m²=10N，
滑輪對物體的拉力為F₂=G-F″=54N-10N=44N，
杠桿B端受到的拉力：
F_B′=（F₂+G_動）
根據(jù)杠桿平衡條件得：
F_B×OB=F×OA′，
即：（F₂+G_動）×OB=F×OA′，
（44N+G_動）×0.8m=F×（0.6m+0.1m）-------②
由①②得：
F=32N．
故答案為：32．
點(diǎn)評：本題將壓強(qiáng)的計(jì)算和杠桿的平衡條件相結(jié)合，還涉及到重力公式、動滑輪的特點(diǎn)，其中求出對地的壓力是關(guān)鍵．