题目内容

7.底面积为S0的圆柱形薄壁容器内装有密度为ρ0的液体,横截面积为S1的圆柱形木块由一段非弹性细线与容器底部相连,且部分浸入液中,此时细线刚好伸直,如图所示.已知细线所能承受的最大拉力为T,现往容器中再缓慢注入密度为ρ0的液体,直到细线刚好被拉断为止.请解答下列问题;
(1)画出细线刚好伸直时,木块在竖直方向上的受力示意图;
(2)导出细线未拉断前,细线对木块拉力F与注入的液体质量m之间的关系式;
(3)求出细线刚好被拉断时与细线断后容器中液面恢复稳定时,容器底部所受液体压强的变化量.

分析 (1)细线刚好伸直时,木块竖直方向上受到重力和浮力作用,二力平衡,大小相等,根据力的示意图画法,画出二力的示意图;
(2)随着液面的上升,浮力增大,绳子的拉力增大,细线的拉力F等于增大的浮力,即F=△F浮=ρ0gV排,;由密度公式ρ=$\frac{m}{V}$的变形公式m=ρV和体积公式V=Sh表示出容器内注入的液体质量,二式联立可得到细线对木块拉力F与注入的液体质量m之间的关系式;
(3)细线刚好被拉断时,木块受到重力、浮力和细线的拉力,其关系式为F浮=G+T;细线断后容器中液面恢复稳定时,木块漂浮,F${\;}_{浮}^{′}$=G;将二式联立,根据阿基米德原理和压强计算公式,得出容器底部所受液体压强的变化量.

解答 解:(1)细线刚好伸直时,木块受到重力和浮力作用,二力平衡,大小相等,力的作用点画在重心上,如图所示:

(2)注入液体的质量为m时,细线对木块的拉力为F,液面上升的高度为△h,
细线对木块的拉力F等于木块增大的浮力,则有:
F=△F浮=ρ0gV排=ρ0gS1△h,①
由ρ=$\frac{m}{V}$得,容器内注入的液体质量:
m=ρ0V液=ρ0(S0-S1)△h,②
将①式和②式联立,解得:
F=$\frac{{S}_{1}}{{S}_{0}-{S}_{1}}$mg;
(3)当细线刚好被拉断时,F浮=G+T,
液面恢复稳定后,F浮′=G,
即:F浮-F浮′=T,
结合阿基米德原理可得:ρ0g(V排-V排′)=T,
即:ρ0g△h′S0=T------①,
而液体压强的变化量:△p=ρ0g△h′------②
由①②可得:△p=$\frac{T}{{S}_{0}}$.
答:(1)见上图;
(2)导出细线未拉断前,细线对木块拉力F与注入的液体质量m之间的关系式为:F=$\frac{{S}_{1}}{{S}_{0}-{S}_{1}}$mg;
(3)求出细线刚好被拉断时与细线断后容器中液面恢复稳定时,容器底部所受液体压强的变化量为△p=$\frac{T}{{S}_{0}}$.

点评 本题考查了阿基米德原理、密度公式、压强公式、力的合成知识的综合运用,对木块正确的受力分析,灵活运用阿基米德原理和液体压强公式进行转化是解题的关键,属于难题.

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网