小峰利用滑轮组将一个正方体金属块A(其密度为ρA)从一溶液池内匀速提出液面,当金属块A浸没在液面下,上表面距液面的距离为h时开始计时,如图9甲所示,计时后调整滑轮组绳端竖直向上拉力F的大小使金属块A始终以大小不变的速度v匀速上升, 提升过程中拉力F与金属块A向上运动时间关系如图9乙所示,已知金属块A被提出液面后,滑轮组的机械效率为80%,h=1m,(假设溶液池足够大,金属块被提出液面前后液面高度不变,不计绳重及摩擦,g取10N/kg。)此溶液池内溶液的密度为ρ液,则ρA-ρ液大小为 kg/m3.
解析:
当A离开水面后,从图乙可知,拉力F1=1700N。
因为η=GAh’/(FS)=GA/(4F),所以
GA=4ηF=4×80%×1700=5440(N)
又因为F=(GA+G动)/4,所以
G动=4F-GA=4×1700-5440=1360(N)
当A浸没在液体中时,从图乙看出拉力F2=1200N。
因为F2=(GA+G动-F浮)/4 所以
F浮=GA+G动-4F2=5440+1360-4×1200=2000(N)
即:ρ液gVA=2000…………(1)
A上升的速度:
v=h/t=1/5=0.2(m/s)
A的边长为:
a=vt’=0.2×(7-5)=0.4(m)
A的体积为:
VA=a3=0.43=0.064(m3)
A的密度:
ρA=mA/VA=GA/(gVA)=5440/(10×0.064)=8.5×103(kg/m3)
代入(1)式,得液体的密度:
ρ液=2000/(gVA)=2000/(10×0.064)=3.125×103(kg/m3)
故:
ρA-ρ液=8.5×103-3.125×103=5.375×103(kg/m3)
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