题目内容
【题目】如图所示,在容器底部固定一轻质弹簧,弹簧上方连有正方体木块A,容器侧面的底部有一个由阀门B控制的出水口,当容器中水深为20cm时,木块A有 的体积浸在水中,此时弹簧恰好处于自然状态,即没有发生形变(已知水的密度为1.0×103kg/m3 , 不计弹簧所受的浮力,g取10N/kg)
(1)求此时容器底部受到水的压强;
(2)求木块A的密度;
(3)先向容器内缓慢加水,直至木块A刚好完全浸没在水中,此时弹簧对木块的作用力为F1 , 再打开阀门B缓慢放水,直至木块A完全离开水面时,再关闭阀门B,此时弹簧对木块A的作用力为F2 , 求F1与F2之比.
【答案】
(1)解:当容器中水深为20cm时,容器底部受到水的压强:
p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2×103Pa
(2)解:弹簧恰好处于自然状态时没有发生形变,则此时木块漂浮,
所以,F浮=G,
即:ρ水gV排=ρ木gV木,已知V排= V木.
所以,ρ木= ρ水= ×1.0×103kg/m3=0.6×103kg/m3
(3)解:木块完全浸没时,物体A受到向上的浮力、向下的重力、弹簧向下的弹力而处于平衡状态,
根据力的平衡条件可得,F浮=G+F1,
则弹簧对木块的作用力:
F1=F浮﹣G=ρ水gV木﹣ρ木gV木=ρ水gV木﹣ ρ水gV木= ρ水gV木;
木块A完全离开水面时,物体A受到竖直向上的弹力和竖直向下的重力处于平衡状态,
则弹簧对木块的作用力:
F2=G=ρ木gV木= ρ水gV木,
所以F1:F2= ρ水gV木: ρ水gV木=2:3
【解析】(1)根据液体压强公式P=ρgh,将已知数值代入即可求出容器底部受到的水的压强.(2)利用物体的沉浮条件,此时木块漂浮.F浮=G,根据公式ρ水gV排=ρ木gV木求出木块的密度;(3)因木块A刚好完全浸没水中,此时弹簧对木块A的作用力为F1=F浮﹣G,因木块A刚好完全离开水面,此时浮力为0,此时弹簧对木块A的作用力和木块的重力是一对平衡力,两者相等,即:F2=G.在(3)中,已经得到了F1的表达式,直接代值即可求出答案.
【考点精析】关于本题考查的力的合成与应用和液体的压强的计算,需要了解如果已知几个力的大小和方向,求合力的大小和方向称为力的合成.(求合力时,一定要注意力的方向) 注意:同一直线上的两个力,方向相同时,合力必大于其中的任何一个力.方向相反的两个力,大小相等时,合力为0;大小不等时,合力一定小于较大的力,可能大于较小的力,也可能小于较小的力;液体内部压强的公式:p=ρgh ρ指密度,单位kg/m3,g=9.8N/kg, h指深度,单位:m,压强单位(Pa) 注意:h 指液体的深度,即某点到液面的距离才能得出正确答案.