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】1600Pa;(21.0×103kg/m3;(32500Pa

【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==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=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=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=ρgV=ρgV,则液体的密度:

ρ==1×103 kg/m3

3).容器中液体的体积为:

V=Sh=200×10-4m2×0.2m=4×10-3m3

液体的重力:

G=ρgV=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=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=F=5N

容器的重力

G=mg=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=F外力+G+G+G=F+G+G=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

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