(2)水对容器底部的压强为2000Pa;
(3)A静止后在水中受到的浮力为20N,容器底部对它的支持力为10N。 【解析】(1)容器内水的体积:
V水=S容h水=2×10m×0.2m=4×10m, 由ρ=可得,容器中水的质量:
m水=ρ水V水=1.0×10kg/m×4×10m=4kg, 则容器中水的重力:
G水=m水g=4kg×10N/kg=40N; (2)水对容器底部的压强:
p水=ρ水gh水=1.0×10kg/m×10N/kg×0.2m=2000Pa; (3)将A浸没在容器B的水中时,水面上升的高度: △h=
=
=0.1m,
3
3
3
3
﹣33
﹣22
﹣33
则A排开水的体积:
V排=S容△h=2×10m×0.1m=2×10m, A静止后在水中受到的浮力:
F浮=ρ水gV排=1.0×10kg/m×10N/kg×2×10m=20N; 因水平面上物体的压力和自身的重力相等,
所以,由p=可得,容器对地面压力的增加量即A的重力: GA=△F容=△p容S容=1500Pa×2×10m=30N,
又因A受到竖直向上的支持力、浮力和竖直向下的重力作用而处于平衡状态, 所以,容器底部对A的支持力: F支=GA﹣F浮=30N﹣20N=10N。
7.如图甲所示,拉力F通过滑轮组,将正方体金属块从水中匀速拉出至水面上方一定高度处。图乙是拉力F随时间t变化的关系图象。不计动滑轮的重力、摩擦及水和空气对金属块的阻力,g=10N/kg,求:
(1)金属块完全浸没在水中时受到的浮力大小; (2)金属块的密度;
(3)如果直接将金属块平放在水平地面上,它对地面的压强大小。
5
﹣22
3
3
﹣33
﹣22
﹣33
【答案】(1)金属块完全浸没在水中时受到的浮力80N; (2)金属块的密度2.7×10kg/m;
(3)如果直接将金属块平放在水平地面上,它对地面的压强5.4×10Pa。
【解析】(1)由甲图可知,n=2,不计动滑轮的重力、摩擦及水和空气对金属块的阻力,F=G,
当金属块完全露出液面后,金属块不受浮力,此时拉力等于重力,即为图中的t2﹣t3时刻,
从乙图可知,该金属块重力为:G=2F=2×108N=216N, 当金属块未露出液面时,即为图中的0﹣t1时刻, 则2F′+F浮=G,
所以金属块完全浸没在水中时受到的浮力:F浮=G﹣2F′=216N﹣2×68N=80N; (2)根据F
=ρgV
可得,金属块排开水的体积:V
=
=
3
3
3
浮排排
=8×10m,
﹣33
﹣33
金属块完全浸没在水中,则金属块的体积V=V排=8×10m, 则根据G=mg、ρ=可得,金属块的密度为:ρ
3
3
金
===
2.7×10kg/m。 (3)金属块的边长a=
=
=0.2m,
6
则受力面积S=a=(0.2m)=0.04m, 金属块平放在水平地面时对地面的压强:p=
==
=5.4×10Pa。
3
222
8.用弹簧测力计悬挂一实心物块,物块下表面与水面刚好接触,如图甲所示。由此处匀速下放物块,直至浸没于水中并继续匀速下放(物块始终未与容器接触)。物块下放过程中,弹簧测力计示数F与物块下表面浸入水中的深度h的关系如图乙所示。求:
(1)物块完全浸没在水中受到的浮力; (2)物块的密度;
(3)从物块刚好浸没水中到h=10cm过程中,水对物块下表面的压强变化了多少Pa? 【答案】(1)物块完全浸没在水中受到的浮力为4N; (2)物块的密度2×10kg/m;
(3)从物块刚好浸没水中到h=10cm过程中,水对物块下表面的压强变化了600Pa。 【解析】(1)由图象可知,弹簧测力计的最大示数F物块重力G=F最大=8N;
物块全浸入时弹簧测力计的示数F示=4N, 受到的浮力:
F浮=G﹣F示=8N﹣4N=4N;
(2)由F浮=ρ水gV排得物块的体积: V=V排=物块的质量: m==
=0.8kg, =
=4×10m,
﹣43最大
3
3
=8N,此时物块未浸入水中,则
7
ρ物===2×10kg/m;
33
(3)由图乙可知,h1=4cm时物块刚好浸没水中,从物块刚好浸没水中到h2=10cm过程中,
物块下表面变化的深度△h=h2﹣h1=10cm﹣4cm=6cm=0.06m, 水对物块下表面的压强变化:
△p=ρ水g△h=1×10kg/m×10N/kg×0.06m=600Pa。
9.某容器放在水平桌面上,盛有足量的水。现将体积为1.25×10m、质量为0.4kg的实心正方体放入水中,正方体不断下沉,直到沉底,如图所示。(已知ρ水=1.0×10kg/m,g=10N/kg)求:
(1)正方体受到的重力的大小;
(2)正方体浸没在水中受到的浮力的大小F浮;
(3)容器底部对正方体的支持力的大小和正方体对容器底部的压强。
3
3
﹣43
3
3
【答案】(1)正方体受到的重力的大小为4N;
(2)正方体浸没在水中受到的浮力的大小F浮=1.25N;
(3)容器底部对正方体的支持力的大小为2.75N,正方体对容器底部的压强为1.1×10Pa。 【解析】(1)正方体的重力G=mg=0.4kg×10N/kg=4N; (2)正方体浸没在水中,V排=V=1.25×10m,
则F浮=ρ水gV排=1.0×10kg/m×10N/kg×1.25×10m=1.25N; (3)正方体沉在底部,由于处于静止状态,则受力平衡,即G=N+F浮, 所以,N=G﹣F浮=4N﹣1.25N=2.75N;
由于支持力与压力是一对相互作用力,则可知正方体对容器底部的压力F=N=2.75N, 正方体的边长L=
=
=0.05m,
=1.1×10Pa。
3
3
3
﹣43
﹣43
3
则正方体对容器底部的压强p==
8