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5.4 课外探究 变速自行车
知识梳理
（一）提出问题：变速自行车是如何变速的？在不同的链轮与飞轮的组合方式下，车速大小如何变化？
（二）实验设计：观察变速自行车的“慢速”装置，分析它有哪些不同的变速组合方式。探究在链轮转速一定的情况下，链轮与飞轮的组合方式不同时，车速大小会有怎样的变化？
（三）材料和用具：
_____________________________________。
（四）实验步骤：
1．准备一辆变速自行车，置于相对空旷的地方。
2．分别观察自行车的中轴与后轴上各组链轮与飞轮的大小情况，并进行记录。
3．选择最大的链轮与最小的链轮组合，踩踏脚蹬使链轮以一定的转速旋转一定的圈数。测出自行车运动的距离与所用的时间，记录实验结果。
4．改变链轮与飞轮的组合方式（先固定飞轮不变，依次改变链轮的大小，再固定链轮不变，依次改变飞轮的大小），踩踏脚蹬使链轮以相同的转速旋转一定的圈数，测量并记录自行车运动的距离与所用的时间。
根据测量的结果，计算不同的链轮与飞轮组合方式下的车速。
（五）分析讨论：
1．你研究的变速自行车中，链轮与飞轮移动有多少种组合方式？
2．链轮与飞轮的不同组合方式对车速有何影响？在链轮转速一定的情况下，什么样的组合方式车速最大？什么样的组合方式车速最小？按照车速从大到小排列链轮与飞轮的组合方式。
（六）延伸探索：
1．当链轮转速一定时，链轮与飞轮以什么样的方式组合时，骑车会感到相对省力？
2．以什么样的方式组合时，会感到相对费力？此时对应的车速如何？
3．平坦的公路上适合使用什么样的组合方式？骑车上坡时适合使用什么样的组合方式？为什么？
基础训练
1．我国古代记录传统手工技术的著作《天工开物》里记载了一种捣谷用的舂。如图所示，是小华在劳动教育实践活动中体验中国传统农耕“舂稻谷”的示意图，小华感觉力量不够，用起来比较困难，则她可以采取的措施是（　　）
A．小华将脚向前移动
B．将支点向靠近小华的方向移动
C．将放稻谷的容器向远离支点方向移动
D．小华适当负重再操作舂捣谷
2．如图所示的各种工具，正常使用时省力的是（　　）
A． 定滑轮 B．动滑轮
C． 筷子 D． 船桨
3．下图是生活中几种常见的杠杆，其中属于省力杠杆的是（　　）
A． 钓鱼竿 B．道钉撬
C．筷子 D． 理发剪刀
4．如图所示，用剪刀将一张纸片缓慢地一刀剪断的过程中，阻力臂l阻和动力F动的变化情况是（　　）
A．l阻不变，F动变大 B．l阻不变，F动不变
C．l阻变大，F动变大 D．l阻变大，F动不变
5．如图所示，轻质杠杆可绕支点O自由转动，作用在A点处的各个拉力中，不可能使杠杆水平平衡的是（　　）
A．F1和F2 B．F1和F4 C．F2和F3 D．F3和F4
6．A中的杠杆和物体处于静止状态，B、C、D中的物体被匀速吊起，所有物体重力均为G，不计动滑轮重力、绳重和一切摩擦，则所用拉力F最小的是（　　）
A． B．
C． D．
7．如图所示是“天和”核心舱机械臂，机械臂的功能类似于人的手臂，它有7个关节，长度可达10多米，具有抓住、拉回、锁死等功能。下列用具使用时与机械臂属于同一类杠杆的是（　　）
A．筷子 B．羊角锤
C．核桃夹 D．瓶盖起子
8．如图所示，在轻质杠杆的中点处吊一重物G，左端能绕固定点O转动，右端施加一个始终竖直向上的动力F，使杠杆缓慢地从OA转至OB，则在转动过程中（　　）
A．F与它的力臂乘积不变
B．F的力臂不变，F的大小变大
C．F的力臂变大，F的大小变大
D．F的力臂变大，F的大小不变
9．如图工人师傅正在使用一根硬棒撬动石头，使用此硬棒（　　）
A．省力且省距离 B．省力但费距离
C．费力且费距离 D．费力但省距离
10．分别使用图中四种装置匀速提升同一重物，不计滑轮重、绳重和摩擦，最省力的是（　　）
A． B．
C． D．
11．工人用一均匀杠杆将重为1000N的货物匀速提高1m，如果动力臂与阻力臂之比始终为2：1，而工人所用的拉力为600N。则在此过程中有用功为________J，总功为______J，杠杆的机械效率为_______。
12．如图所示的是自行车把手的示意图，自行车在转弯时，车把手相当于简单机械轮轴中的________（选填：“轮”或“轴”），它能起________的作用（选填：“省力”或“省距离”）。
13．小明通过仔细观察，发现简单机械在生活中有很多实际应用，如：指甲钳、剪刀、钥匙、筷子等。其中属于轮轴的是______，使用它______（选填“省力”或“省距离”）。
14．如图所示，由滑轮、立柱和轮轴组成，搬运巨型石块的机械中，滑轮的作用是 _______ ，轮轴的作用是 ______ 。
15．为了帮助山区人民发展经济，近年来各地政府修了很多条通往山区的致富路。如图所示是山区常见的盘山公路，可以看成一个___________。当高度一定，增大坡的长度时，可以___________。
16．如图所示，用固定在墙上的三角支架放置空调室外机，已知长，长。室外机的重力为，恰好作用在中点处，则A处螺钉的水平拉力为__________N（支架重力不计）。为了安全，室外机的位置应尽量__________墙壁。
17．杆秤是我国古代劳动人民的一项发明，是各种衡器中历史最悠久的一种，称量物体质量时，它相当于一个____________（填简单机械名称）。某杆秤的示意图如图所示，C处是秤钩，A、B位置各有一个提纽，BC=7cm，秤砣质量为0.5kg。提起B处提纽，秤钩不挂物体，将秤砣移至D点，杆秤恰好水平平衡，BD=1cm；将质量为2.5kg的物体挂在秤钩上，提起B处提组，秤砣移至最大刻度E处，杆秤再次水平平衡，则BE=____________cm。若要称量质量更大的物体，应选用____________处提纽。
18．如图所示，物体A和B所受重力都为40牛，其中______图为定滑轮（选填“（a）”或“（b）”），作用是______。若不考虑滑轮重力和绳子的摩擦，当竖直用力分别匀速提起物体A和B时，力FA大小为______牛
19．如图所示，轻质细杆可绕竖直墙上的O点转动，末端挂一个重为150N的物体，拉力F沿水平方向，当θ=45°时，拉力F=_________N。若保持拉力沿水平方向，让细杆顺时针缓慢旋转到图中虚线位置，则拉力将__________（选填“变大”或“变小”）。
20．如图所示为一拉杆旅行箱的示意图，将其视为杠杆，O为支点，B为重心，BC为竖直方向，A为拉杆端点。已知箱重为250N，OA为120cm，OC为24cm。在A点沿图示方向施加动力F，箱子静止，则动力F的大小为______N。
21．某兴趣小组设计了一个水塔水位监测装置，图甲是该装置的部分简化模型，轻质硬杆AB能绕O点无摩擦转动，AO∶OB=2∶3，物体N是一个不吸水的柱体，打开阀门，假定水的流量相同，物体M对压力传感器的压强p与水流时间t的关系如图乙所示，t2时刻装置自动报警，t3时刻塔内水流完，杠杆始终在水平位置平衡。已知正方体M的密度为6×103kg/m3，棱长为0.1m，悬挂物体M、N的轻质细绳不可伸长，g取10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3，单位时间内水通过阀门处管道横截面的体积为水的流量，求：
（1）物体M的重力大小；
（2）t1时刻杠杆A端所受拉力大小；
（3）物体N的密度。5.4 课外探究 变速自行车
知识梳理
（一）提出问题：变速自行车是如何变速的？在不同的链轮与飞轮的组合方式下，车速大小如何变化？
（二）实验设计：观察变速自行车的“慢速”装置，分析它有哪些不同的变速组合方式。探究在链轮转速一定的情况下，链轮与飞轮的组合方式不同时，车速大小会有怎样的变化？
（三）材料和用具：
_____________________________________。
（四）实验步骤：
1．准备一辆变速自行车，置于相对空旷的地方。
2．分别观察自行车的中轴与后轴上各组链轮与飞轮的大小情况，并进行记录。
3．选择最大的链轮与最小的链轮组合，踩踏脚蹬使链轮以一定的转速旋转一定的圈数。测出自行车运动的距离与所用的时间，记录实验结果。
4．改变链轮与飞轮的组合方式（先固定飞轮不变，依次改变链轮的大小，再固定链轮不变，依次改变飞轮的大小），踩踏脚蹬使链轮以相同的转速旋转一定的圈数，测量并记录自行车运动的距离与所用的时间。
根据测量的结果，计算不同的链轮与飞轮组合方式下的车速。
（五）分析讨论：
1．你研究的变速自行车中，链轮与飞轮移动有多少种组合方式？
2．链轮与飞轮的不同组合方式对车速有何影响？在链轮转速一定的情况下，什么样的组合方式车速最大？什么样的组合方式车速最小？按照车速从大到小排列链轮与飞轮的组合方式。
（六）延伸探索：
1．当链轮转速一定时，链轮与飞轮以什么样的方式组合时，骑车会感到相对省力？
2．以什么样的方式组合时，会感到相对费力？此时对应的车速如何？
3．平坦的公路上适合使用什么样的组合方式？骑车上坡时适合使用什么样的组合方式？为什么？
基础训练
1．我国古代记录传统手工技术的著作《天工开物》里记载了一种捣谷用的舂。如图所示，是小华在劳动教育实践活动中体验中国传统农耕“舂稻谷”的示意图，小华感觉力量不够，用起来比较困难，则她可以采取的措施是（　　）
A．小华将脚向前移动
B．将支点向靠近小华的方向移动
C．将放稻谷的容器向远离支点方向移动
D．小华适当负重再操作舂捣谷
【答案】D
【详解】A．小华若将脚向前移动，动力臂会更短，根据杠杆平衡条件可知，动力会更大，小华会更费力，故A不符合题意；
B．若将支点向靠近小华的方向移动，动力臂更短，而阻力臂更长，动力会更大，小华更费劲，故B不符合题意；
C．若将放稻谷的容器向远离支点的方向移动，阻力臂更大，在阻力不变的情况下，需要的动力将更大，小华更费劲，故C不符合题意；
D．小华适当负重，相当于增加了自身重力，而重力的方向和小华施加动力的方向一致，小华可以利用自身重力对杠杆施加动力，这样会省劲一点，故D符合题意。
故选D。
2．如图所示的各种工具，正常使用时省力的是（　　）
A． 定滑轮 B．动滑轮
C． 筷子 D． 船桨
【答案】B
【详解】A．定滑轮的实质是等臂杠杆，使用时既不省力，也不省距离，故A不符合题意；
B．动滑轮的实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，若不计轮重和摩擦，可以省一半的力，故B符合题意；
C．筷子在使用时，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故C不符合题意；
D．船桨在使用时，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故D不符合题意。
故选B。
3．下图是生活中几种常见的杠杆，其中属于省力杠杆的是（　　）
A． 钓鱼竿 B．道钉撬
C．筷子 D． 理发剪刀
【答案】B
【详解】A．钓鱼竿在使用过程中，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故A不符合题意；
B．道钉撬在使用过程中，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故B符合题意；
C．筷子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故C不符合题意；
D．理发剪刀在使用过程中，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故D不符合题意。
故选B。
4．如图所示，用剪刀将一张纸片缓慢地一刀剪断的过程中，阻力臂l阻和动力F动的变化情况是（　　）
A．l阻不变，F动变大 B．l阻不变，F动不变
C．l阻变大，F动变大 D．l阻变大，F动不变
【答案】C
【详解】由题意可知，在用剪刀将一张纸片缓慢地一刀剪断的过程中，剪刀与没有剪断的纸，接触位置在不断向前移动，支点是剪刀中间那个位置，那么纸对剪刀的作用力是阻力，这个力的力臂是阻力臂，从图中可以看到，阻力臂在不断变大，即l阻变大，这个阻力可以看作是大小不变，人手在剪刀上出的力是动力，对应的是动力臂，从图中可以看到，动力臂大小不变，这个缓慢剪断的过程中，可把剪刀看作处于平衡状态，根据杠杆的平衡条件，可得
大小不变，在变大，大小不变，则在变大。
故选C。
5．如图所示，轻质杠杆可绕支点O自由转动，作用在A点处的各个拉力中，不可能使杠杆水平平衡的是（　　）
A．F1和F2 B．F1和F4 C．F2和F3 D．F3和F4
【答案】D
【详解】F1和F2使杠杆转动的方向与重物、杠杆转动的方向相反，可以使杠杆平衡；而F3的力臂为零，不能使杠杆平衡；F4使杠杆转动的方向与重物、杠杆转动方向相同，不能使杠杆平衡。故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
6．A中的杠杆和物体处于静止状态，B、C、D中的物体被匀速吊起，所有物体重力均为G，不计动滑轮重力、绳重和一切摩擦，则所用拉力F最小的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】D
【详解】A．根据杠杆的平衡条件可知杠杆平衡时
故拉力；
B．图B中为定滑轮提升物体，不能省力，只能改变力的方向，绳端拉力；
C．图C中使用滑轮组提升物体，动滑轮上有2段绳子承载，自由端拉力；
D．图D中使用滑轮组提升物体，动滑轮上有3段绳子承载，自由端拉力；其中D图中自由端拉力最小。
故选D。
7．如图所示是“天和”核心舱机械臂，机械臂的功能类似于人的手臂，它有7个关节，长度可达10多米，具有抓住、拉回、锁死等功能。下列用具使用时与机械臂属于同一类杠杆的是（　　）
A．筷子 B．羊角锤
C．核桃夹 D．瓶盖起子
【答案】A
【详解】机械臂在使用过程中，类似于人的手臂，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆。
A．筷子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，可以省距离，故A不符合题意；
BCD．羊角锤、核桃夹、起子在使用过程中，动力臂大于阻力臂，都是省力杠杆；故BCD不符合题意。
故选A。
8．如图所示，在轻质杠杆的中点处吊一重物G，左端能绕固定点O转动，右端施加一个始终竖直向上的动力F，使杠杆缓慢地从OA转至OB，则在转动过程中（　　）
A．F与它的力臂乘积不变
B．F的力臂不变，F的大小变大
C．F的力臂变大，F的大小变大
D．F的力臂变大，F的大小不变
【答案】D
【详解】由题意可知，拉力F的方向始终是竖直向上的，阻力也就是下面物体的重力是始终不变的，杠杆的长度也始终没变，由几何知识可知拉力F在拉动杠杆从A到B的过程中，动力臂的长度在变大，同时阻力臂的长度也在变大，并且它们之比是一个定值，该值在杠杆运动过程中大小不变，再由杠杆平衡的条件可知
F是一个定值，前后大小不变。故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
9．如图工人师傅正在使用一根硬棒撬动石头，使用此硬棒（　　）
A．省力且省距离 B．省力但费距离
C．费力且费距离 D．费力但省距离
【答案】B
【详解】CD．一根硬棒撬动石头，动力臂大于阻力臂，故是省力杠杆，故CD错误；
AB．省力但是费距离，故A错误；B正确。
故选B。
10．分别使用图中四种装置匀速提升同一重物，不计滑轮重、绳重和摩擦，最省力的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】A
【详解】A．不计滑轮重、绳重和摩擦，承重绳子的段数n=3，则拉力
B．不计滑轮重、绳重和摩擦，承重绳子的段数n=2，则拉力
C．定滑轮相当于等臂杠杆，不计滑轮重、绳重和摩擦，则拉力
D．动滑轮相当于省力杠杆，不计滑轮重、绳重和摩擦，则拉力
综上，四种装置匀速提升同一重物，则最省力的是A中的装置。
故选A。
11．工人用一均匀杠杆将重为1000N的货物匀速提高1m，如果动力臂与阻力臂之比始终为2：1，而工人所用的拉力为600N。则在此过程中有用功为________J，总功为______J，杠杆的机械效率为_______。
【答案】 1000 1200 83.3%
【详解】[1]在此过程中有用功
[2]因为动力臂与阻力臂之比始终为2：1，则动力移动距离s是阻力移动距离的二倍，总功即拉力做的功
[3]杠杆的机械效率
12．如图所示的是自行车把手的示意图，自行车在转弯时，车把手相当于简单机械轮轴中的________（选填：“轮”或“轴”），它能起________的作用（选填：“省力”或“省距离”）。
【答案】 轮 省力
【详解】[1]图示中，自行车的车把手及中间的轴相当轮轴，车把手是轮轴的轮。
[2]转弯时，力作用在车把手上，即作用在轮轴的轮上，起省力的作用。
13．小明通过仔细观察，发现简单机械在生活中有很多实际应用，如：指甲钳、剪刀、钥匙、筷子等。其中属于轮轴的是______，使用它______（选填“省力”或“省距离”）。
【答案】 钥匙 省力
【详解】[1]指甲钳、剪刀、筷子属于杠杆，钥匙属于轮轴。
[2]钥匙在使用过程中，动力作用在轮上，属省力机械，费距离。
14．如图所示，由滑轮、立柱和轮轴组成，搬运巨型石块的机械中，滑轮的作用是 _______ ，轮轴的作用是 ______ 。
【答案】 改变力的方向 省力
【详解】[1][2]由滑轮、立柱和轮轴组成，搬运巨型石块的机械中，滑轮是定滑轮，其作用是改变力的方向；动力在轮上，阻力在轴上，由于轮的半径大于轴的半径，即动力臂大于阻力臂，因此使用轮轴是省力的。
15．为了帮助山区人民发展经济，近年来各地政府修了很多条通往山区的致富路。如图所示是山区常见的盘山公路，可以看成一个___________。当高度一定，增大坡的长度时，可以___________。
【答案】 斜面 省力
【详解】[1][2]车经过盘山公路时要向高处运动，根据斜面模型可知，使用斜面可以省力，斜面越平缓，越省力，但不能省功，同时费距离。山区常见的盘山公路，可以看成一个斜面，高度一定时，增加坡度的长度，相当于增大斜面的长度，所以可以省力。
16．如图所示，用固定在墙上的三角支架放置空调室外机，已知长，长。室外机的重力为，恰好作用在中点处，则A处螺钉的水平拉力为__________N（支架重力不计）。为了安全，室外机的位置应尽量__________墙壁。
【答案】 220 靠近
【详解】[1]由题意可知，以C为支点，ABC是一个杠杆。AC为A处螺钉水平拉力的力臂，室外机对其压力的力臂为AB长的，由杠杆平衡条件可得
F=220N
[2]为了安全，应减小A处的拉力；在A处拉力的力臂和阻力G一定时，室外机的位置越靠近墙壁，室外机对支架压力力臂越小，根据杠杆平衡条件可知，A处的拉力将减小，以保证支架和室外机的安全。
17．杆秤是我国古代劳动人民的一项发明，是各种衡器中历史最悠久的一种，称量物体质量时，它相当于一个____________（填简单机械名称）。某杆秤的示意图如图所示，C处是秤钩，A、B位置各有一个提纽，BC=7cm，秤砣质量为0.5kg。提起B处提纽，秤钩不挂物体，将秤砣移至D点，杆秤恰好水平平衡，BD=1cm；将质量为2.5kg的物体挂在秤钩上，提起B处提组，秤砣移至最大刻度E处，杆秤再次水平平衡，则BE=____________cm。若要称量质量更大的物体，应选用____________处提纽。
【答案】 杠杆 34 A
【详解】[1]杆秤在使用时是一个绕支点转动的硬棒，相当于一个杠杆。
[2]杠杆前后两次在水平位置平衡，根据杠杆平衡条件，动力与动力臂的乘积等于阻力和阻力臂的乘积，在挂物体前
挂上物体后
上下两式相减有
则
[3]若要称量质量更大的物体，根据杠杆平衡条件，在杆秤长度一定时，应选用A处的提纽，这样可以减小阻力臂，增大动力臂，在秤砣重力一定时称量质量更大的物体，使杠杆仍旧平衡，所以应选用A处的提纽。
18．如图所示，物体A和B所受重力都为40牛，其中______图为定滑轮（选填“（a）”或“（b）”），作用是______。若不考虑滑轮重力和绳子的摩擦，当竖直用力分别匀速提起物体A和B时，力FA大小为______牛
【答案】 （b） 改变力的方向 20
【详解】[1]使用过程中，滑轮轴固定不动的滑轮叫定滑轮。使用过程中，滑轮轴随物体一起运动的滑轮叫动滑轮，故B图中的滑轮轴固定不动，是定滑轮。
[2]定滑轮在使用过程中，总是绕着固定点转动，也就是说定滑轮是个形状特殊的杠杆，其动力臂和阻力臂始终等于滑轮的半径，大小不变。故使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向。
[3]由图知，用于提升物体A的滑轮为动滑轮，直接作用在动滑轮上承担拉力的绳子段数为2。因不计滑轮重及摩擦，所以拉力的大小为
19．如图所示，轻质细杆可绕竖直墙上的O点转动，末端挂一个重为150N的物体，拉力F沿水平方向，当θ=45°时，拉力F=_________N。若保持拉力沿水平方向，让细杆顺时针缓慢旋转到图中虚线位置，则拉力将__________（选填“变大”或“变小”）。
【答案】 150 变大
【详解】[1]如下图：
θ=45°，拉力的方向沿水平方向，阻力来自物体的重力，阻力的方向竖直方向，根据等腰直角三角形的知识可知，F的力臂与阻力的力臂是相同的，根据杠杆的平衡条件可知，动力等于阻力，所以
F=G=150N
[2]若保持拉力水平方向，让杠杆顺时针缓慢旋转一个小角度到虚线位置，易知，此时的动力臂变小，阻力臂变大，在阻力不变的情况下，根据杠杆的平衡条件可知，拉力将变大。
20．如图所示为一拉杆旅行箱的示意图，将其视为杠杆，O为支点，B为重心，BC为竖直方向，A为拉杆端点。已知箱重为250N，OA为120cm，OC为24cm。在A点沿图示方向施加动力F，箱子静止，则动力F的大小为______N。
【答案】100
【详解】如图
动力F的力臂
箱子所受重力的力臂OC=24cm，根据杠杆的平衡条件可得
所以
21．某兴趣小组设计了一个水塔水位监测装置，图甲是该装置的部分简化模型，轻质硬杆AB能绕O点无摩擦转动，AO∶OB=2∶3，物体N是一个不吸水的柱体，打开阀门，假定水的流量相同，物体M对压力传感器的压强p与水流时间t的关系如图乙所示，t2时刻装置自动报警，t3时刻塔内水流完，杠杆始终在水平位置平衡。已知正方体M的密度为6×103kg/m3，棱长为0.1m，悬挂物体M、N的轻质细绳不可伸长，g取10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3，单位时间内水通过阀门处管道横截面的体积为水的流量，求：
（1）物体M的重力大小；
（2）t1时刻杠杆A端所受拉力大小；
（3）物体N的密度。
【答案】（1）60N；（2）30N；（3）1.5×103kg/m3
【详解】解：（1）由题意可知，物体M的密度为ρM=6×103kg/m3，物体M的体积为
VM=(0.1m)3=1×10-3m3
故由可得，物体M的质量为
mM=ρMVM=6×103kg/m3×1×10-3m3=6kg
故由G=mg可得，物体M的重力大小为
GM=mMg=6kg×10N/kg=60N
（2）由图乙可知，t1时刻物体M对压力传感器的压强为p=4000Pa，故由可得，物体M对压力传感器的压力为
F压=pSM=4000Pa×(0.1m)2=40N
因物体M对压力传感器的压力F压与压力传感器对物体M的支持力F支是一对相互作用力，大小相等，故可知压力传感器对物体M的支持力为
F支=F压=40N
对物体M受力分析可知，物体M受到向下的重力GM，向上的压力传感器的支持力F支和绳子的拉力FB，物体M处于受力平衡状态，由力的平衡可得
GM=F支+FB
解得B端绳子的拉力为
FB=GM-F支=60N-40N=20N
杠杆在水平位置平衡时，由杠杆的平衡条件可得
FA×OA=FB×OB
解得t1时刻杠杆A端所受拉力大小为
（3）由图乙可知，随着时间的增加，水塔内的水逐渐减少，t1时刻开始，物体N开始露出水面，此时杠杆A端所受拉力逐渐增大，由杠杆的平衡条件可知，此时杠杆B端所受拉力也逐渐增大，则物体M对压力传感器的压力逐渐减小，故物体M对压力传感器的压强也逐渐减小，t2时刻，物体N恰好完全露出水面，此时水面位于物体N的下边缘，杠杆A端所受拉力最大，则此时杠杆B端所受拉力也最大，物体M对压力传感器的压强最小，为0，t3时刻，塔内水流完，此时物体M对压力传感器的压强仍为0，物体N完全露出水面时，此时杠杆A端所受拉力F′A等于物体N的重力GN，因此时物体M对压力传感器的压强为零，故可得此时杠杆B端所受拉力F′B等于物体M的重力GM，由杠杆的平衡条件可得
GN×OA=GM×OB
解得物体N的重力为
由（2）中可得，t1时刻杠杆A端所受拉力大小为FA=30N，由称重法可得，此时物体N所受浮力为
F浮=GN-FA=90N-30N=60N
因此时物体N完全浸没在水中，故由F浮=ρ液gV排可得，物体N的体积为
故由可得，物体N的密度为
答：（1）物体M的重力大小为60N；
（2）t1时刻杠杆A端所受拉力大小为30N；
（3）物体N的密度为1.5×103kg/m3。

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