题目内容
【题目】如图所示,有一底面积为50cm2,质量为300g的物体A放在水平桌面上,物体A的密度为0.6×103kg/m3旁边放置一个底面积为200cm2内装有某液体的圆柱形容器(容器壁厚忽略不计),容器质量为0.5kg,容器中液体深为20cm。将物体A放入液体中后,用竖直向下的外力使物体A刚好浸没在液体中时(液体未溢出,A也没有接触到容器底部),液体对容器底的压强增大了250Pa,求:
(1)物体A对水平桌面的压强;
(2)容器中液体的密度:
(3)当用竖直向下的外力使A刚好浸没在液体中且保持静止,则此时容器对桌面的压强为多少?
【答案】(1)600Pa;(2)1.0×103kg/m3;(3)2500Pa
【解析】
(1).物体A对水平桌面的压力:
F=G=mg=0.3kg×10N/kg=3N,
物体A对水平桌面的压强:
p==600Pa;
(2).物体A的体积
V物==5×10-4m3,
当用外力使物体A刚好浸没在液体中时(液体未溢出,A也没有接触到容器底部),液体对容器底压强的变化量为250Pa,容器底部增加的压力:
ΔF=ΔpS容=250Pa×200×10-4m2=5N,
根据力的相互作用性,浮力的反作用力为物体对液体施加的压力,大小等于液体对容器底部增加的压力,则物体受到的浮力:F浮=ΔF=5N,
因物体A刚好浸没在液体中,根据阿基米德原理可得:F浮=ρ液gV排=ρ液gV物,则液体的密度:
ρ液==1×103 kg/m3;
(3).容器中液体的体积为:
V=S容h=200×10-4m2×0.2m=4×10-3m3,
液体的重力:
G液=ρ液gV=1×103 kg/m3×10N/kg×4×10-3m3=40N,
若施加一个外力,使得物体A刚好浸没在液体中且保持静止,A受到的浮力:F浮=5N,
根据题意可知,A的重力与施加的外力之和与受到浮力为一对平衡力,
F外力+G物=F浮=5N,
容器的重力
G容=m容g=0.5kg×10N/kg=5N,
容器对桌面的压力等于容器、液体、物体的总重力与施加的外力之和,则:
F总=F外力+G物+G液+G容=F浮+G液+G容=5N+40N+5N=50N,
则此时整个容器对桌面的压强为:
p==2500Pa。
答:(1).物体A对水平桌面的压强600Pa;
(2).容器中液体的密度1×103 kg/m3;
(3).此时容器对桌面的压强是2500Pa。
