槓桿與浮力的力學綜合題是初三物理的難點,也是中考物理的常考題型,本文就例題詳細解析這題型的解題思路,希望能給初三學生的物理學習帶來幫助。
例題
如圖所示,光滑帶槽的長木條AB(質量不計)可以繞支點O轉動,木條的A端用豎直細繩連接在地板上,OB=0.4m。在木條的B端通過細線懸掛一個高20cm的長方體木塊,木塊的密度為0.8×10^3kg/m^3 。B端正下方放一盛水的溢水杯,水面恰到溢水口處。現將木塊緩慢浸入溢水杯中,當木塊底面浸到水下10cm深處時,從溢水口處溢出0.5N的水,槓桿處於水平平衡狀態。然後讓一質量為100g的小球從B點沿槽向A端勻速運動,經4s的時間,系在A端細繩的拉力恰好等於O,求小球的運動速度。(g=10N/kg)
根據題目中的條件:木塊浸入溢水杯中,從溢水口處溢出0.5N的水,則木塊受到的浮力F浮=0.5N;
根據浮力的計算公式和結論:F浮=ρ水gV排,F浮=0.5N,則木塊浸入水中的體積V排=F浮/ρ水g=0.00005m^3;
根據體積計算公式和題目中的條件、結論:V排=Sh,V排=0.00005m^3,木塊浸入水中的深度h=10cm=0.1m,則木塊的底面積S=V排/h=0.0005m^2;
根據體積的計算公式和結論:V木=Sh木,S=0.0005m^2,h木=20cm=0.2m,則木塊的體積 V木=0.0001m^3;
根據重力的計算公式、題目中的條件和結論:G木=ρ木gV木,V木=0.0001m^3,ρ木=0.8×10^3kg/m^3,則木塊的重力G木=0.8N;
對木塊進行受力分析,在豎直方向上受到豎直向下的重力G木、豎直向上的浮力F浮和細繩的拉力F拉;
根據物體受力平衡的條件:木塊處於靜止狀態,則豎直方向上受力和為零,即G木=F浮+F拉;
根據結論:G木=F浮+F拉,G木=0.8N,F浮=0.5N,則細繩對木塊的拉力F拉=0.3N;
根據作用力和反作用力的關係:細繩對木塊的拉力F拉與木塊對細繩的拉力F拉'相等,則F拉=F拉';
根據結論:F拉=0.3N,F拉=F拉',則木塊對細繩的拉力F拉'=0.3N;
根據重力的計算公式和題目中的條件:G球=m球g,m球=100g=0.1kg,則小球的自重G球=1N;
當小球到達某一位置,系在A端細繩的拉力恰好等於0,此時槓桿處於水平平衡狀態,動力為木塊對細繩的拉力F拉',動力臂為OB,阻力為小球的自重G球,阻力臂為小球所處的位置到支點O的距離OC
根據槓桿平衡條件和結論:G球×OC=F拉'×OB,G球=1N,F拉'=0.3N,OB=0.4m,則OC=0.12m;
根據題目中的條件和結論:BC=OC+OB,OB=0.4m,OC=0.12m,則BC=0.52m;
根據速度的計算公式和題目中的條件、結論:v=BC/t,小球運動的距離BC=0.52m,小球運動的時間t=4s,則小球的運動速度v=0.13m/s;
所以,小球的運動速度為0.13m/s。
結語
槓桿與浮力的力學綜合題的解題關鍵是掌握浮力的計算公式和槓桿平衡條件,並選擇合理的物體作為受力分析對象,得到各個力之間的數量關係,再結合公式進行計算求解。