题目内容

13.如图所示,甲、乙两个实心均匀正方体分别放在水平地面上,它们对地面的压强相等,若在两个正方体的上部,沿水平方向分别截去不同高度的一部分后,剩余部分对水平地面的压力相等.请你比较甲和乙切去的高度的大小关系,要求写出推导分析过程,推导过程中需要的物理量请提前设定.

分析 由于两个物体都是规则的实心柱状物体,可利用p=ρgh先判断出两个物体的密度大小,然后表示出切除不同高度后,剩余部分对水平面的压力相等,结合甲乙对地面的压强相等分析甲和乙切去的高度的大小关系.

解答 证明:对于地面上放置的实心柱状物体,地面受到的压强:p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{mg}{S}$=$\frac{ρVg}{S}$=$\frac{ρShg}{S}$=ρgh;
因为两物体对水平面的压强相同,则p=ρ甲gh甲=ρ乙gh乙,且h甲>h乙,故ρ甲<ρ乙;
当从水平方向截去不同高度h后,剩余的甲物体对水平面的压力:F甲=ρ甲g(h甲-h甲′)3;
剩余的乙物体对水平面的压力:F乙=ρ乙g(h乙-h乙′)3;
由于F甲=F乙,即ρ甲gh甲2(h甲-h甲′)=ρ乙gh乙2(h乙-h乙′);
ρ甲gh甲(h甲2-h甲h甲′)=ρ乙gh乙(h乙2-h乙h乙′)
因为ρ甲gh甲=ρ乙gh乙,所以h甲2-h甲h甲′=h乙2-h乙h乙′
即$\frac{{h}_{甲}-{h}_{甲}′}{{h}_{乙}}$=$\frac{{h}_{乙}-{h}_{乙}′}{{h}_{甲}}$
$\frac{{h}_{甲}-{h}_{甲}′}{{h}_{乙}-{h}_{乙}′}$=$\frac{{h}_{乙}}{{h}_{甲}}$<1
故(h甲-h甲′)<(h乙-h乙′);
又因为h甲>h乙,所以甲和乙切去的高度的大小关系可能为h甲′>h乙′.

点评 此题是典型的柱状固体的压强问题,要根据已知条件,灵活选用压强计算式p=$\frac{F}{S}$和p=ρgh(适用于实心柱体对支撑面的压强)进行分析解答.

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