Question

运用知识解决问题：
（1）为什么烧水时从壶底冒上来的气泡在上升过程中会逐渐变大？
答：气泡在上升的过程中受到的水压逐渐______，气泡内部的气压______外部的水压，所以气泡会逐渐变大，到水面后水压变为______，气泡在内部气压作用下而破裂．
（2）小京从楼上看到对面的建筑工地上正在用电动起重机匀速吊起一盒砖．
①砖在匀速上升过程中，受到______力和______力的作用．
②请你在方框内画出这盒砖的受力示意图．
③这盒砖的动能______，重力势能______，机械能______（填如何改变）；此过程中______能转化为砖的机械能．
④如果这盒砖的质量是200kg，起重机用1min将它提高10m，则起重机做功的功率为______．
（3）物理课上，老师建议大家自己想办法测测牛奶的密度，提供的器材有：弹簧测力计、可乐瓶、茶杯、水、石块，还有一些线绳．请你写出实验步骤及计算牛奶密度的最终表达式．
（4）一个密度为ρ、底面积是S的圆柱体金属块，放在水平地面时，对地面的压强为p，用图1滑轮组将它匀速运送到楼上，此时所用的拉力为F₁，则圆柱体的质量有多大？若要想更省力，请你在图2上画出连线重新组装滑轮组；试推导证明用新组装的滑轮组与原来的滑轮组匀速提起上面同样的金属块的机械效率相同（不计绳重和摩擦）．

Answer

（1）应结合压强的知识进行分析；
（2）匀速直线运动的物体受到平衡力的作用，根据影响动能、势能的因素可判断其能量的变化情况．根据功率的公式P=W/t可计算其功率的大小；
（3）在该实验的设计中，弹簧测力计可间接测出质量，但却没有量体积的工具，可考虑的思路是借助水与石块，利用浮力的知识，列出方程，寻找牛奶密度与水的密度的数量关系，进而求出牛奶的密度；
（4）求圆柱体的质量可通过它对地面的压强和面积求出压力，压力等于重力，再求出质量；滑轮组的另一绕法为3段绳子承担物重；证明时可分别用公式表示出两滑轮组的机械效率进行比较，最后得出结论．
【解析】
（1）气泡在上升的过程中受到的水的压强逐渐减小，气泡内部的气压大于外部的水压，所以气泡会逐渐变大，到水面后水压变为0，气泡在内部气压作用下而破裂；
（2）①砖受到重力和拉力的作用，二者是一对平衡力；
②如图所示，拉力与重力互相平衡；
③因为砖的质量不变，速度不变，因此动能不变；因为高度在增加，所以重力势能增大；动能加势能等于机械能，所以机械能增大；此过程中消耗了电能，转化为了机械能；
④起重机的功率P=====333.3W；
（3）实验步骤：
①用细绳系好石块，用弹簧测力计测出石块的重力为G；
②用弹簧测力计吊着将石块浸没在水中，读出此时弹簧测力计的示数为F1；
③再用弹簧测力计吊着将石块浸没在牛奶中，读出此时弹簧测力计的示数为F2．
计算牛奶密度的表达式：
∵F浮=ρ液gV排
∴G-F1=ρ水gV排
G-F2=ρ牛奶gV排
∴ρ牛奶=；
（4）圆柱体的质量m===；
图2的绕绳方法如图所示，用3段绳子承担物重；
证明：∵η====
∴在物重与动滑轮重力相同的情况下，机械效率与绳子的段数无关，即相同．
故答案为：（1）减小，大于，0；
（2）①重，拉；②如图所示；③不变、增大、增大、电；④333.3W；
（3）同上；
（4）同上．