题目内容

【题目】如图甲所示,溢水杯中装满水(水的密度用表示),将一正方体木块(边长为)轻轻放入溢水杯中,木块静止时浸入水的深度为。现用一根轻细钢针对着木块上表面中心竖直向下施加压力慢慢增加,直到木块恰好完全没没水中。(解题时用表示相关量)


1)求木块恰好完全沒没水中时所受压力的最大值

2)在增至过程中,木块浸没在水中的深度增加到,推导出间的关系式。

3)将关系式的图像画在图乙所示的坐标系中,并标出两端点的横、纵坐标。

【答案】123

【解析】

根据题图和所求,本题考查了学生对阿基米德原理、漂浮条件、同一直线上力的合成的掌握和运用。木块恰好完全浸没水中时,对木块进行受力分析可得,木块受到的浮力等于木块的重力和压力的合力,据此求出木块恰好完全浸没水中时压力Fmax;根据木块受到的浮力等于木块的重力和压力的合力表示出Fx间的函数关系式;

1F0时,FG,根据阿基米德原理可得:

FFmax时,FG+Fmax

FmaxFG

2F为一般值时,F+GFFFG,即:Fρa2gh

3)当F=0时,;当物体刚好浸没在水中时,h=a, FFmax=;故线段起点坐标(a0),终点坐标(aρa3g).如图所示:

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