(a) (b) (c)
图1—5—9
图(a)中,木块受拉力F1,重力和浮力.
图(b)中,细线剪断,木块处于漂浮状态,设排开水的体积为V排. 图(c)中,将露出水面的部分切去后,木块仍漂浮,这时再 施加F2=1 N的压力,仍有部分体积露出水面. 已知:F1=2N,F2=1N,V′=20cm—2×105m
—
33
求:?水
解 根据三个图,木块均静止,分别列出受力平衡过程
?F浮1?G?F1? ?F浮2?G??F浮3?G2?F2①② ③将公式中各量展开,其中V排指图(b)中排开水的体积.
??水gV??木gV?F1? ??水gV排??木gV
???木g(V排?V?)??木gV排?F2(V?指图(c)中露出的体积) 代入数值事理,过程中用国际单位(略)
?水V—?木V=?水V排—?木V
2 10—51 (?水V排—?木V排)=+?水×2×10
10 约去V排和V,求得:?水=0.6×10kg/m 答案 木块密度为0.6×10kg/m. 例17
精析 铝球放入后,容器中水面增加,从而造成容器底=500cm=5×10m,?铝=2.7×104m.
—
33
33
3—433
求:(1)图(b)中水对容器底p,增加的压力△F,
word.
(2)图(b)中水对容器底p′,增加的压力△F′, 解 放入铝球后,液体增加的深度为△h.
500cm3V △h===2.5cm=0.025m 2200cmS (1)水对容器底的压强 p=p水g(h+△h)
=1.0×10kg/m×10N/kg×(0.2+0.025)m =2250Pa
水对容器底增加的压力
△F=△pS=?水g△h·S=?水gV =1.0×10kg/m×10N/kg×5×10m =5N △F≠G铝球
(2)图(b)中,容器对水平桌面的压力 F′=G水+G球
=(?水V水+?蚀V)g =(?水Sh+?铝V)g
=(1.0×10kg/m×0.02m×0.2m+2.7×10kg/m×5×10m)×10N/kg =53.5N p′=
3
3
2
3
3
—4
33
33—43
3
F?53.5N==2675Pa 2S0.02m 答案 图(b)中,水对容器底的压强为2250Pa,水对容器底增加的压力为5N;容器对水平桌面压力为53.5N,压强为2675Pa. 例18 解 (1)VB=
-3mB0.6kg3
==0.1×10m ?B6?103kg/m3 图(a)A、B共同悬浮:F浮A+F浮B=GA+GB 公式展开:?水g(VA+VB)=?水gVA+mBg 其中VA=(0.1m)=1×10m
word.
3
-3
3
?A=
?水VA??水VB?mBVA
代入数据:
1?103kg/m3?10?3m3?103kg/m3?0.1?10?3m3?0.6kg ?A=
10?3m3
?A=0.5×10kg/m
33
(2)B放入水中后,A漂浮,有一部分体积露出水面,造成液面下降. A漂浮:F浮A=GA
?水gVA排=?AgVA
?AVA0.5?105kg/m3?10?3m3 VA排==
?水1?103kg/m3 =0.5×10m
-3
3
△VVA?VA排 液面下降△h==
SS1?10?3m3?0.5?10?3m3 ==0.0125m 20.04m 液面下降△p=?水g△h=1.0×10kg/m×10N/kg×0.0125m=125Pa. 答案 A物体密度为0.5×10kg/m.液体对容器底压强减少了125Pa.
例19
精析 当题目给出的各量用字母表示时,如果各量没用单位,则结果也不必加单位.过程分析方法仍从受力分析入手.
解 (1)金属球浸没在液体中静止时 F浮+F=G
3
33
3
?1gV+F=?gV(?为金属密度) ?=?1+
F gV
(2)解法1 如图1—5—12,球沉底后受力方程如下:
word.
图1—5—12
F浮+F=G(N为支持力) N=G-F浮=F
液体对容器底的压力F′=nF
F′=m液g+?1gV
m液=
F?nF-?1V==?1V gB F′=pS=?1gV=nF
?1g(V液+V)=nF ?1gV液+?1gV=nF
nF-?1V BFnF,容器中液体质量m液=-?1V. gVB m液=
答案 金属球密度为?1+
例20
解 (1)因为?铝>?水,放入容器中,铝块将沉底,容器底部增加的压力就是铝块重力. 天平此时不平衡,左盘下沉,右盘增加27g砝码,可使天平再次平衡.
(2)铝块浸没于水中,但未沉底,此时容器中液面升高△h,容器底部增加的压力△F=?水g△h·S=?水gV
铝
=F浮.
铝块体积,V积=
m?铝=
27g3
=10cm 32.7g/cm3
3
铝块排开水质量:m排=?水V铝=1g/cm×10cm=10g
天平不平衡,左盘下沉.右盘再放10g砝码,可使天平再次平衡. 例21
精析 这道题可以用计算的方法来判断,关键是比较两个体积,一是冰熔化前,排开水的体积V排,一个是冰熔化成水后,水的体积V水.求出这两个体积,再进行比较,就可得出结论. 解 (1)如图l—5—14(a)冰在水中,熔化前处于漂浮状态.
word.
F浮=G冰
?水g V排=m冰g
m冰
V排=
?冰 冰熔化成水后,质量不变:m水=m冰 求得:V水=
m冰?水=
m冰?水
比较①和②,V水=V排
也就是冰熔化后体积变小了,恰好占据了原来冰熔化前在水中的体积. 所以,冰在水中熔化后液面不变
(2)冰在盐水中:冰熔化前处于漂浮,如图1—3—14(b),则 F盐浮=G冰
?盐水g V排盐=m冰g
m冰 ①
V排盐=
?盐水 冰熔化成水后,质量不变,推导与问题(1)相同. V水=
m冰?水 ②
比较①和②,因为?水=?盐水 ∴ V水=V排排
也就是冰熔化后占据的体积要大于原来冰熔化前在盐水中的体 所以,冰在盐水中熔化后液面上升了.
答案 (1)冰在水中熔化后液面不变.(2)冰在盐水中熔化后液面上升.
思考 冰放在密度小于冰的液体中,静止后处于什么状态,熔化后,液面又如何变化? 例22
解 A在木块上面,A和木块漂浮,则 F浮=G水+GA V排=
F浮?水g=
G水?GA?水g
A从木块上拿下后,若?A=?水,则A和木块均漂浮在水面,A和木块共同排开水的体积为
word.