Question

12．图是一个用浮筒、小灯泡和收放线装置A制作的航标灯模型，细线下端固定在水槽底部，航标灯总重4N．当水位上升时，A放线；水位下降时，A收线，从而使细线的拉力保持不变，航标灯静止时浸入水中的深度h始终为5cm，排开水的体积也始终为500cm³（不计线重和摩擦）．当航标灯静止时，求：
（1）航标灯底部受到水的压强是500Pa．
（2）航标灯排开水的质量为0.5kg，受到的浮力是5N．
（3）细线对航标灯的拉力为多大？

Answer 1

分析 （1）知道航标灯静止时浸入水中的深度，根据p=ρgh求出航标灯底部受到水的压强；
（2）知道排开水的体积，根据m=ρV求出排开水的质量，根据阿基米德原理和G=mg求出受到的浮力；
（3）航标灯静止时处于平衡状态，受到竖直向上的浮力，竖直向下的重力和绳子的拉力，根据力的平衡条件求出拉力．

解答 解：（1）航标灯底部受到水的压强：
p=ρgh=1.0×10³kg/m³×10N/kg×0.05m=500Pa；
（2）由ρ=$\frac{m}{V}$可得，排开水的体积：
m_排=ρV_排=1.0×10³kg/m³×500×10^-6m³=0.5kg，
由阿基米德原理可知，受到的浮力：
F_浮=G_排=m_排g=0.5kg×10N/kg=5N；
（3）航标灯静止时处于平衡状态，受到竖直向上的浮力，竖直向下的重力和绳子的拉力，
由力的平衡条件可得，细线对航标灯的拉力：
F=F_浮-G=5N-4N=1N．
答：（1）500；
（2）0.5；5；
（3）细线对航标灯的拉力为1N．

点评 本题考查了液态压强公式、密度公式、重力公式、阿基米德原理和力平衡条件的应用，正确的对浮筒受力分析是关键．