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如图所示为一种蓄水箱的放水装置,AOB是以O点为转轴的轻质杠杆,AO呈水平状态,如图A、O两点间距离为40cm, B、O两点间距离为20cm,且OB与水平面夹角为60°。A点正下方的Q是一个轻质、横截面积为100cm2的盖板(盖板恰好能堵住出水口),它通过细绳与杠杆的A端相连。在水箱右侧的水平工作台上,有一质量为60kg的人通过滑轮组拉动系在B点呈竖直状态的绳子,从而可以控制水是否能从出水口流出。若水箱中水深为50cm,当盖板恰好要被拉起时,人对绳子的拉力为F1,工作台对人的支持力为N1;若水箱中水深为100cm,当盖板恰好要被拉起时,人对绳子的拉力为F2,工作台对人的支持力为N2。已知N1与N2之比为9:7,盖板的厚度、绳重及滑轮的摩擦均可忽略不计,人对绳的拉力与人所受重力在同一直线上,取g=10N/kg。求:

(1)动滑轮所受的重力
(2)F1:F2
(3)当水位至少达到多高时,人无法拉起盖板。
(1)G动=100N(2)3:5(3)2.75m

试题分析:
解:以人为研究对象,受力分析如图(1)(2)(3)

对杠杆进行受力分析,如图(4)(5)(6)

1分
LB=OD=OBcos60°=10cm  G人=m人g=600N
由图(4)、(5)得
FA1LA=FB1LB    FB1=4FA1=4gh1s=200N
FA2LA=FB2LB    FB2=4FA2=4gh2s=400N    
由滑轮组的受力关系得
FB1+G动=2F1
FB2+G动=2F2     
由图(1)(2)得

G动=100N     
     
FB3=2F3-G动=2×600N-100N=1100N      
由图(6)得
FA3LA=FB3LB
FA3==275N
    
当水位至少达到2.75m高时,人无法拉起盖板。
点评:本题是一道力学的综合题,题目考查了力学的综合性知识,较难。
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(1)动滑轮的重力G动
(2)电动机拉动细绳的功率P
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(1)F1与F2的比值;
(2)只让提升电动机P工作,当物体M匀速上升时的速度υ;
(3)当物体N被提升到一定高度后,提升电动机P停止工作,启动电动机Q将杠杆B端匀速抬起的过程中,电动机Q对绳子的拉力F的大小。

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