F壓=F支=(G容+G水+G銅)﹣F=(10N+40N+17.8N)﹣15.8N=52N,
此時(shí)容器對(duì)水平地面的壓強(qiáng):
p′=
=
=5200Pa.
答:(1)銅塊放入水中浸沒時(shí),銅塊受到的浮力是2N;
(2)銅塊完全浸沒于水中后,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是15.8N;
(3)銅塊完全浸沒于水中后,容器對(duì)水平地面的壓強(qiáng)是5200Pa.
【點(diǎn)評(píng)】此題考查的是壓強(qiáng)公式的應(yīng)用、阿基米德原理的應(yīng)用和力的平衡關(guān)系的應(yīng)用,屬于力學(xué)綜合題,涉及到的知識(shí)點(diǎn)多,有一定的難度,對(duì)于第(3)問,求容器對(duì)水平地面的壓強(qiáng)時(shí),可以把銅塊、水、容器看成一個(gè)整體來研究更簡單一些.
26.將一邊長是0.1m的實(shí)心正方體,緩慢放入盛滿水的燒杯內(nèi),待它靜止時(shí),從杯中溢出0.6kg的水.
(1)求正方體受到的浮力;
(2)求正方體排開水的體積;
(3)判斷正方體在水中靜止時(shí)處于漂浮、懸浮、還是沉底,并寫出判斷依據(jù);
(4)求正方體的密度.
【分析】(1)已知正方體排開水的質(zhì)量,利用阿基米德原理求出正方體受到的浮力;
(2)利用密度的變形公式可求排開水的體積;
(3)求出正方體的體積,然后和排開水的體積相比較可判斷其在水中靜止時(shí)所處的狀態(tài);
(4)物體漂浮時(shí)所受浮力等于重力,利用G=mg可求質(zhì)量,然后利用密度公式求出正方體的密度.
【解答】解:(1)根據(jù)阿基米德原理可得,正方體受到的浮力:
F浮=G排=m排g=0.6kg×10N/kg=6N;
(2)由ρ=
可得,正方體排開水的體積: V排水=
=
=6×10﹣4m3;
(3)正方體的體積:V=(0.1m)3=1×10﹣3m3>V排,
所以,正方體在水中靜止時(shí)處于漂浮狀態(tài).
(4)因?yàn)檎襟w在水中靜止時(shí)漂浮,
所以,正方體的重力:G=F浮=6N,
由G=mg可得,正方體的質(zhì)量:
m=
=
=0.6kg,
則正方體的密度:
ρ=
=
=0.6×103kg/m3.
答:(1)正方體受到的浮力為6N;
(2)求正方體排開水的體積為6×10﹣4 m3 ;
(3)正方體在水中靜止時(shí)處于漂浮狀態(tài),判斷依據(jù)是正方體的體積大于它排開水的體積;
(4)正方體的密度為0.6×103kg/m3.
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了阿基米德原理、物體的浮沉條件及其應(yīng)用、密度的計(jì)算,綜合性較強(qiáng),解答此題的關(guān)鍵是根據(jù)正方體的體積和它排開水的體積判斷正方體在水中靜止時(shí)所處的狀態(tài).
27.如圖所示,水平放置的平底柱形容器的底面積為200cm2,質(zhì)量為1kg;不吸水的正方體木塊邊長為10cm,質(zhì)量重為800g,現(xiàn)用一根質(zhì)量和體積都忽略不計(jì)的細(xì)線一端固定在容器底部,另一端固定在木塊底面中央,讓木塊浸沒在水中,已知細(xì)線長10cm,此時(shí)液面深30cm.
(1)繩子的拉力為多大?
(2)剪斷繩子,待木塊靜止后,容器底部壓強(qiáng)變化了多少?此時(shí)容器底部受到水的壓強(qiáng)是多大?
(3)剪斷繩子,待木塊靜止后,容器對(duì)地面的壓強(qiáng)是多少?
【分析】(1)物體在水中受到三個(gè)力的作用:重力、浮力和繩子的拉力.利用G=mg求出木塊的重力,木塊浸沒在水中,求出木塊的體積,即排開水的體積,利用F浮=ρ水gV排計(jì)算木塊受到的浮力;已知物重和浮力,兩者之差就是繩子的拉力;
(2)根據(jù)漂浮時(shí)浮力與重力的關(guān)系得出木塊受到的浮力;根據(jù)根據(jù)F浮=ρ液gV排得出木塊排開水的體積,根據(jù)V排的變化得出水深度的變化,從而可得壓強(qiáng)的變化.
求出此時(shí)液面的深度,利用液體壓強(qiáng)公式計(jì)算容器底部受到水的壓強(qiáng).
(3)求出水和木塊的總體積,又知木塊的體積,可求水的體積,利用密度公式求出水的質(zhì)量,繩子斷和斷之前,容器對(duì)桌面的壓力不變等于容器重、水重和木塊重之和,再利用壓強(qiáng)公式求對(duì)地面的壓強(qiáng).
【解答】解:(1)木塊的重力:G=mg=0.8kg×10N/kg=8N,
木塊浸沒在水中,則V排=V木=(10cm)3=1000cm3=1×10﹣3m3,
物體浸沒時(shí)受到的浮力為:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣3m3=10N
繩子的拉力為:F=F浮﹣G=10N﹣8N=2N;
(2)木塊漂浮,F(xiàn)浮′=G=8N;
由F浮=ρ液gV排得,木塊漂浮時(shí)排開水的體積:V排′=
=
=8×10﹣4m3; 所以液面下降的深度為:△h=
=
=0.01m;
則△p=ρ水g△h=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.01m=100Pa.
此時(shí)液面的深度:h=0.3m﹣0.01m=0.29m,
容器底部受到水的壓強(qiáng):p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.29m=2900Pa.
(3)水和木塊的總體積V總=Sh=200cm2×30cm=6000cm3=6×10﹣3m3,
則水的體積V水=V總﹣V木=6×10﹣3m3﹣1×10﹣3m3=5×10﹣3m3,
由ρ=
可得,m水=ρ水V水=1.0×103kg/m3×5×10﹣3m3=5kg,
繩子斷和斷之前,容器對(duì)桌面的壓力不變,
F=G容器+G水+G木=(1kg+5kg+0.8kg)×10N/kg=68N,
S=200cm2=0.02m2,
桌面受到的壓強(qiáng):
p′=
=
=3400Pa.
答:(1)繩子的拉力為2N;
(2)剪斷繩子,待木塊靜止后,容器底部壓強(qiáng)變化了100Pa;此時(shí)容器底部受到水的壓強(qiáng)是2900Pa.
(3)剪斷繩子,待木塊靜止后,容器對(duì)地面的壓強(qiáng)是3400Pa.