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    图20甲是某中学科技小组设计的打捞水池中物体出水面的装置示意图。BOE为一轻质杆，在其两端分别固定着以OB和OE为半径的两段圆弧形的凹槽ABC和DEF，支点O为这两段圆弧形凹槽对应的圆心。轻质绳G和H分别固定在圆弧形凹槽ABC的A点和DEF的D点，杆BOE旋转时细绳总能在凹槽中，绳G和H拉力的力臂始终保持不变。固定在水平地面上的电动机M可以通过拉动绳子H带动杠杆和滑轮组将水池中物体捞出水面。电动机M的质量m为52.5kg。电动机M用力拉动绳子H使柱形物体K始终以速度v匀速上升。物体K浸没在水中匀速上升的过程中，滑轮组的机械效率为η1，电动机M对地面的压强为P1；物体K全部露出水面匀速竖直上升的过程中，滑轮组的机械效率为η2，电动机M对地面的压强为P2；电动机M对地面的压强随时间变化的图象如图20乙所示。已知物体K的底面积S=0.1m2，高h=0.2m， OB∶OE=3∶4，η1∶η2＝27∶28。细绳和杠杆的质量、滑轮及杠杆与轴的摩擦、细绳和凹槽的摩擦、水对物体的阻力均忽略不计，K出水前后水面高度的变化忽略不计，g取10N/kg。求：

    （1）物体K完全浸没时受到的浮力；

    （2）动滑轮的质量；　

    （3）若用该装置以同样速度打捞质量为120kg的物体K′，求K′全部露出水面后，电动机M拉动绳H的功率。　　　　　　　　

    解：

    （1）……

    （2）物体K浸没在水中匀速上升时，以物体K和动滑轮的整体为研究对象，受力分析图如答图4甲所示；电动机M的受力分析图如答图4乙所示；杠杆两端的受力分析图如答图4丙所示。

    ，

    ， ，

    物体K全部露出水面匀速上升时，以物体K和动滑轮的整体为研究对象，受力分析图如答图5甲所示；电动机M的受力分析图如答图5乙所示；杠杆两端的受力分析图如答图5丙所示。

    …………（图1分）

    ，

    ， ，                    

    分析图20乙，在0-5s的时间里，p1=2.1×104Pa；在15-20的时间里p2=1.8×104Pa。

                     …………

    解得：

                                              …………

    （3）分析图20乙，在5-15s的时间里，物体K从上表面开始接触水面到下表面离开水面。由于K出水前后水面高度的变化忽略不计：

    ，                    …………

    K’全部露出水面后，电动机M的拉力

    由几何关系，

                      …………

    （其它解法正确也得分）

    练习册系列答案
    年级 高中课程 年级 初中课程
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    科目：初中物理 来源： 题型：

    26、某中学科技创新兴趣小组制作出如图20甲所示的水火箭．实验器材有：饮料瓶、气筒、自行车气门、铁丝、橡皮塞、水等．水火箭构造如图乙所示，原理如下：在瓶中装适量的水，塞好瓶塞后放在发射架上．用气筒向瓶内打气，瓶内上方气体压强达到一定程度，

    高压气体将水和橡皮塞从瓶口中压出，水的反冲作用把瓶推向高空．
    （1）水火箭升空原理可利用我们学过的
    物体间力的作用是相互的
    知识来解释．从能量转化角度来看，水火箭的动能是由高压气体的
    内
    能转化来的．
    （2）实验后小明提出了问题：水火箭上升的高度与什么因素有关呢？
    猜想a：瓶塞插入深度不同；猜想b：可能与瓶中水的体积有关；猜想c：可能与瓶子形状有关；
    你认为影响因素除上述三点外还与
    塞子与瓶口的摩擦力大小
    有关（写出一条）．
    （3）选用同一可乐瓶，瓶中水量为300ml，实验发现，瓶塞插入深度不同，用气筒充气次数就不同（设每一次充入气量相同），目测记录实验数据如表．
    瓶塞塞入深度 浅 深 更深
    高度（m） 3 6 12
    可验证水火箭上升高度与
    瓶塞插入深度
    有关的猜想是正确的．

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    科目：初中物理 来源： 题型：

    某中学科技创新兴趣小组制作出如图20甲所示的水火箭。实验器材有：饮料瓶、气筒、自行车气门、铁丝、橡皮塞、水等。水火箭构造如图20乙所示，原理如下：在瓶中装适量的水，塞好瓶塞后放在发射架上。用气筒向瓶内打气，瓶内上方气体压强达到一定程度，高压气体将水和橡皮塞从瓶口中压出，水的反冲作用把瓶推向高空。

    （1）水火箭升空原理可利用我们学过的　　　　　　　　　　　　　知识来解释。从能量转化角度来看，水火箭的动能是由高压气体的　　　　能转化来的。

    （2）实验后小明提出了问题：水火箭上升的高度与什么因素有关呢？

    猜想a：瓶塞插入深度不同；猜想b：可能与瓶中水的体积有关；猜想c：可能与瓶子形状有关；

    你认为影响因素除上述三点外还与　　　　　　　　　有关（写出一条）。

    （3）选用同一可乐瓶，瓶中水量为300ml，实验发现，瓶塞插入深度不同，用气筒充气次数就不同（设每一次充入气量相同），目测记录实验数据如右表。

    可验证水火箭上升高度与　　　　　　有关的猜想是正确的。

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    科目：初中物理 来源：2012年广东省佛山市华英中学中考物理三模试卷（解析版） 题型：解答题

    某中学科技创新兴趣小组制作出如图20甲所示的水火箭．实验器材有：饮料瓶、气筒、自行车气门、铁丝、橡皮塞、水等．水火箭构造如图乙所示，原理如下：在瓶中装适量的水，塞好瓶塞后放在发射架上．用气筒向瓶内打气，瓶内上方气体压强达到一定程度，

    高压气体将水和橡皮塞从瓶口中压出，水的反冲作用把瓶推向高空．
    （1）水火箭升空原理可利用我们学过的______知识来解释．从能量转化角度来看，水火箭的动能是由高压气体的______能转化来的．
    （2）实验后小明提出了问题：水火箭上升的高度与什么因素有关呢？
    猜想a：瓶塞插入深度不同；猜想b：可能与瓶中水的体积有关；猜想c：可能与瓶子形状有关；
    你认为影响因素除上述三点外还与______有关（写出一条）．
    （3）选用同一可乐瓶，瓶中水量为300ml，实验发现，瓶塞插入深度不同，用气筒充气次数就不同（设每一次充入气量相同），目测记录实验数据如表．
    瓶塞塞入深度浅深更深
    高度（m）3612
    可验证水火箭上升高度与______有关的猜想是正确的．

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    科目：初中物理 来源：2009年山东省威海市中考物理试卷（解析版） 题型：解答题

    某中学科技创新兴趣小组制作出如图20甲所示的水火箭．实验器材有：饮料瓶、气筒、自行车气门、铁丝、橡皮塞、水等．水火箭构造如图乙所示，原理如下：在瓶中装适量的水，塞好瓶塞后放在发射架上．用气筒向瓶内打气，瓶内上方气体压强达到一定程度，

    高压气体将水和橡皮塞从瓶口中压出，水的反冲作用把瓶推向高空．
    （1）水火箭升空原理可利用我们学过的______知识来解释．从能量转化角度来看，水火箭的动能是由高压气体的______能转化来的．
    （2）实验后小明提出了问题：水火箭上升的高度与什么因素有关呢？
    猜想a：瓶塞插入深度不同；猜想b：可能与瓶中水的体积有关；猜想c：可能与瓶子形状有关；
    你认为影响因素除上述三点外还与______有关（写出一条）．
    （3）选用同一可乐瓶，瓶中水量为300ml，实验发现，瓶塞插入深度不同，用气筒充气次数就不同（设每一次充入气量相同），目测记录实验数据如表．
    瓶塞塞入深度浅深更深
    高度（m）3612
    可验证水火箭上升高度与______有关的猜想是正确的．

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