题目内容

10.两个均匀实心正方体甲、乙,如图所示放置在水平地面上,乙对水平地面的压强为p1,若将两正方体同时沿竖直方向切去相同的体积△V后(△V=0.5V甲),此时乙对地面的压强为p2,下列判断正确的是(  )
A.p1一定大于p2B.p1一定小于p2C.p1一定等于p2D.p1可能大于p2

分析 由于物体对水平表面的压力都等于物体的重力,则如图所示放置时p1=$\frac{{F}_{1}}{{S}_{乙}}$=$\frac{{G}_{甲}+{G}_{乙}}{{S}_{乙}}$=$\frac{{G}_{甲}}{{S}_{乙}}$+$\frac{{G}_{乙}}{{S}_{乙}}$;当切去相同的体积△V后,压强p2=$\frac{{F}_{2}}{{S}_{乙}′}$=$\frac{\frac{1}{2}{G}_{甲}+{G}_{乙}′}{{S}_{乙}′}$=$\frac{{G}_{甲}}{2{S}_{乙}′}$+$\frac{{G}_{乙}′}{{S}_{乙}′}$;
由于乙正方体是沿竖直方向切去的体积,则$\frac{{G}_{乙}}{{S}_{乙}}$=$\frac{{G}_{乙}′}{{S}_{乙}′}$;所以,关键是判断$\frac{{G}_{甲}}{{S}_{乙}}$与$\frac{{G}_{甲}}{2{S}_{乙}′}$的大小;根据分式可知只要比较出S乙与2S乙′的大小即可;
S乙与2S乙′的大小,就取决于边长的变化;所以,根据△V=0.5V甲,V甲=h甲3,△V乙=h乙2L乙,判断边长的变化.

解答 解:由于物体对水平表面的压力都等于物体的重力,则如图所示放置时,
乙对水平地面的压强为p1=$\frac{{F}_{1}}{{S}_{乙}}$=$\frac{{G}_{甲}+{G}_{乙}}{{S}_{乙}}$=$\frac{{G}_{甲}}{{S}_{乙}}$+$\frac{{G}_{乙}}{{S}_{乙}}$;
当切去相同的体积△V后,乙对地面的压强p2=$\frac{{F}_{2}}{{S}_{乙}′}$=$\frac{\frac{1}{2}{G}_{甲}+{G}_{乙}′}{{S}_{乙}′}$=$\frac{{G}_{甲}}{2{S}_{乙}′}$+$\frac{{G}_{乙}′}{{S}_{乙}′}$;
乙正方体放置在水平地面上,则p乙=$\frac{{G}_{乙}}{{S}_{乙}}$=$\frac{{m}_{乙}g}{{S}_{乙}}$=$\frac{{ρ}_{乙}{V}_{乙}g}{{S}_{乙}}$=$\frac{{ρ}_{乙}{S}_{乙}{h}_{乙}g}{{S}_{乙}}$=ρ乙gh乙,
当乙正方体是沿竖直方向切去时,p乙′=$\frac{{G}_{乙}′}{{S}_{乙}′}$=$\frac{{m}_{乙}′g}{{S}_{乙}′}$=$\frac{{ρ}_{乙}{V}_{乙}′g}{{S}_{乙}′}$=$\frac{{ρ}_{乙}{S}_{乙}′{h}_{乙}g}{{S}_{乙}′}$=ρ乙gh乙,
所以,$\frac{{G}_{乙}}{{S}_{乙}}$=$\frac{{G}_{乙}′}{{S}_{乙}′}$;
由于沿竖直方向切去相同的体积,如图:

则:△V=0.5V甲=0.5h甲3,△V=△V乙=h乙2L乙,
所以,0.5h甲3=h乙2L乙,即:h甲2×$\frac{1}{2}$h甲=h乙2L乙,
由图可知:h甲<h乙,则:h甲2<h乙2,
所以,$\frac{1}{2}$h甲>L乙,
由图可知:h甲<h乙,则$\frac{1}{2}$h甲<$\frac{1}{2}$h乙
所以,$\frac{1}{2}$h乙>L乙;
由于S乙′=h乙(h乙-L乙)=h乙2-h乙L乙>h乙2-h乙×$\frac{1}{2}$h乙=$\frac{1}{2}$h乙2=$\frac{1}{2}$S乙,
所以,2S乙′>S乙;
则$\frac{{G}_{甲}}{{S}_{乙}}$>$\frac{{G}_{甲}}{2{S}_{乙}′}$;
由此分析可知:p1>p2.
故选A.

点评 本题考查了压强公式的应用,注意沿竖直方向切去正方体,正方体本身的压强不变;难点是甲物体对乙物体的压力变化,引起的乙对地面压强的变化比较,所以关键是判断乙正方体切出后底面积的变化.

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