题目内容

【题目】如图甲所示,水平放置的方形容器里有一个重为8N、边长为10cm的立方体物块MM与容器底部不密合。以5mL/s的恒定水流向容器内注水,容器中水的深度h随时间t的变化关系如图乙所示,请解答下列问题:(ρ=1.0×103kg/m3 g10N/kg

(1)通过计算说明当t=140s时,物块M在水中所处的状态;

(2)t=140s时,水对容器底部的压强和压力各是多少?

(3)40~140s阶段,浮力对物体做了多少功?

【答案】(1)漂浮;(2) 15N(3) 0.32J

【解析】

(1)物块M的体积

V=0.1m3=0.001m3

物块M的质量

物块M的密度

即物块的密度小于水的密度,由图像可知:当t=140s时,水的深度为h=12cm,大于立方体物块M的边长为10cm,则根据浮沉条件可知物块在水中将漂浮。

(2)由图像可知当t=140s时,水的深度为12cm0.12m,因此水对容器底部的压强为

t=140s时,注入的水的体积

V=5mL/s×140s=700mL=7×10-4m3

G=mg=ρgV=1.0×103kg/m3×10N/kg×7×10-4m3=7N

由图像可知该容器为规则容器,所以液体对底部的压力

F=G+GM=7N+8N=15N

(3)t=40s时,正好是物块M处于刚刚开始漂浮的状态,则

F=GM=8N

根据F=ρgV可得

所以物块浸入水中的深度

40s-140s阶段,物块M上升的高度为

h′=12cm-8cm=4cm=0.04m

则浮力对物体做功

W=Fh′=8N×0.04m=0.32J

答:(1)物块M在水中处于漂浮状态;

(2)水对容器底部的压强为,压力为15N

(3)浮力对物体做功0.32J

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