题目内容

【题目】如图所示,底面积为200cm3的圆柱形容器中装有水,圆柱体AB通过质量、体积可忽略不计的弹簧相连置于容器中,此时A1/5的体积浸在水中。已知弹簧的原长为10cm,弹簧所受拉力或压力每改变1N,弹簧的长度改变0.5cm。圆柱体A的密度为0.4g/cm3,底面积为100cm2,高为20cm,圆柱体B的底面积为50cm2,高为10cm,如图所示,此时B对容器底部的压强为2.8×103Pa

1)圆柱体A所受的浮力;

2)圆柱体B的密度;

3)若容器足够高,向容器中加水至B对容器底部压力刚好为0N时,水对容器底部的压强增大了多少?

【答案】(1) 4N(2) 2.08103kg/m3;(3) 210Pa

【解析】

(1)圆柱体A排开水的体积:

VA=SAhA=10010-4m20.2m=410-4m3;

圆柱体A所受的浮力:

FA=gVA=1.0103kg/m310N/kg410-4m3=4N;

(2)圆柱体A的重力:

GA=AgVA=0.4103kg/m310N/kg10010-4m20.2m=8N;

圆柱体A受力平衡,故圆柱体A受到的拉力为:

FA=GAFA=8N4N=4N;

力的作用是相互的,因此B受到的拉力为:

FB= FA=4N;

圆柱体B排开水的体积:

VB=VB=SBhB=5010-4m20.1m=510-4m3

圆柱体B所受的浮力:

FB=gVB=1.0103kg/m310N/kg510-4m3=5N;

B对容器底部的压强为2.8×103Pa,则B对容器底部的压力为:

F=pSB=2.8×103Pa510-4m3=1.4N

力的作用是相互的,因此B受支持力:

F=F=1.4N;

B受重力、支持力、浮力和拉力,四个力平衡,即:

GB= F+ FB+FB=1.4N+5N+4N=10.4N;

圆柱体B的密度:

B====2.08103kg/m3;

(3)B对容器底部压力刚好为0N时,B受重力、拉力和浮力,此时B受到的拉力增加1.4N

此时弹簧受到的拉力增加:

F=5.4N-4N=1.4N

由题知,弹簧所受拉力或压力每改变1N,弹簧的长度改变0.5cm,故弹簧的长度增加:

L=0.5cm/N1.4N=0.7cm=0.007m

圆柱体A受到的浮力增加了:

FA=1.4N

则圆柱体A在水中的体积增加量为:

VA===1.410-4m3

圆柱体A在水中的长度增加量为:

h===0.014m

因此水的深度增加:

h=h+L=0.014m+0.007m=0.021m

水对容器底部的压强增大了:

p=gh=1.0103kg/m310N/kg0.021m=210Pa

答:(1)圆柱体A所受的浮力为4N

(2)圆柱体B的密度为2.08103kg/m3

(3)若容器足够高,向容器中加水至B对容器底部压力刚好为0N时,水对容器底部的压强增大了210Pa

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