Question

如圖所示，金鵬同學(xué)為他的媽媽設(shè)計(jì)了一款頸椎拉伸器，左邊滑輪下端是由密度為3×10³kg/m³的圓柱體合金塊充當(dāng)配重，它的底面積為5dm²，高為4dm．右邊自由端安放頸圈套在患者的頸部．當(dāng)頸部承受拉力為55N時(shí)，配重對(duì)地面的壓強(qiáng)為p₁，當(dāng)頸部承受的拉力為105N時(shí)，配重對(duì)地面的壓強(qiáng)為p₁′，已知p₁：p₁′=2：1，媽媽重600N，忽略繩重和摩擦，g=10N/kg，求：
（1）配重單獨(dú)放置時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)；
（2）動(dòng)滑輪自重；
（3）當(dāng)配重與地面的壓強(qiáng)為零時(shí)，媽媽對(duì)地面的壓力為多少．

Answer 1

解：（1）由ρ=和G=mg可得：
G_物=mg=ρVg=3.0×10³kg/m³×5×10^-2m×0.4m×10N/kg=600N，
因?yàn)榕渲貑为?dú)放在地面上，
∴F_壓=G_物=600N，
對(duì)地面的壓強(qiáng)：
p===1.2×10⁴Pa；
（2）配重的受力分析如圖1所示：
∵F_拉1=，
∴N₁=G_物+G_動(dòng)-4F_拉1------------------①
∵F_拉2=，
∴N₂=G_物+G_動(dòng)-4F_拉2------------------②
∵配重的受力面積一定，
∴==，
由①②兩式可得：
===，
∴G_動(dòng)=20N；
（3）當(dāng)配重與地面的壓強(qiáng)為零時(shí)，人受力如圖2所示：
F_拉3===155N，
對(duì)地面的壓力：
F_壓′=N′=G_人-F_拉3=600N-155N=445N．
答：（1）配重單獨(dú)放置時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)為1.2×10⁴Pa；
（2）動(dòng)滑輪自重為20N；
（3）當(dāng)配重與地面的壓強(qiáng)為零時(shí)，媽媽對(duì)地面的壓力為445N．
分析：（1）利用密度公式和重力公式求出配重的重力，配重單獨(dú)放置時(shí)對(duì)地面的壓力和自身的重力相等，利用壓強(qiáng)公式求出對(duì)地面的壓強(qiáng)；
（2）對(duì)配重受力分析，根據(jù)力的平衡求出兩種情況下配重受到的支持力，配重受到的支持力和對(duì)地面的壓力相等，根據(jù)壓強(qiáng)公式表示出配重對(duì)地面的壓強(qiáng)結(jié)合壓強(qiáng)比值得出等式，即可求出動(dòng)滑輪自重；
（3）當(dāng)配重與地面的壓強(qiáng)為零時(shí)，對(duì)人受力分析，根據(jù)F=（G_物+G_動(dòng)）求出拉力，根據(jù)力的平衡求出人受到的支持力，根據(jù)相互作用力求出對(duì)地面的壓力．
點(diǎn)評(píng)：本題考查了壓強(qiáng)公式、密度公式、重力公式、力的相互作用的應(yīng)用等，關(guān)鍵是對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析并利用力的平衡得出等式．