题目内容
【题目】放在水平桌面上的底面积直径为D的圆柱形容器中装有适量的水,现将一质量为m的木块A放入水中,木块A漂浮,它露出水面的部分是它总体积的1/n,如图(甲)所示;将一体积为V的金属块B放在木块A上,木块恰好浸没在水中,如图(乙)所示;若将金属块B放入某种液体中,容器底对金属块B的支持力是F,如图(丙)所示。
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(1)画出图(甲)中木块A在竖直方向上的受力示意图。
(2)图(乙)相比于未放金属块B之前的图(甲),水对容器底的压强增加了多少?
(3)图(丙)中容器中液体的密度为多少?
【答案】(1)
(2)
(3)![]()
【解析】
(1)因为物体A漂浮在水中,所以物体A受到的浮力和重力大小相等,浮力方向竖直向上,重力方向竖直向下,作用点都画在重心处,如图所示:
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(2)在甲图中,因为A漂浮,则受到的浮力与重力相等,即F浮=G,
根据阿基米德原理和重力公式可得:ρ水g(1-
)VA=mAg=ρAVAg;
解得:ρA=
ρ水;
由ρ=
得,A的体积为:VA=
=
=
;
容器的底面积为:S=π(
)2=
;
由图乙知,A恰好完全浸没,
所以,放上金属块B后,A排开水的体积的增加量:△V=
VA=
×
=
;
此时水面上升的高度为:△h=
=
=
;
则水对容器底的压强增加量:△p=ρ水g△h=ρ水g
=
;
(3)图甲中,A物体漂浮,由阿基米德原理和漂浮条件可得:
F浮A=ρ水gV排=ρ水g×(1-
)VA=mAg,
所以,
ρ水VA=mA--------①
图乙中,AB的整体漂浮,所以F浮AB=ρ水gV排′=ρ水gVA=(mA+mB)g,
即ρ水VA=mA+mB--------②
由①②可得B物体的质量:mB=
ρ水VA=
ρ水×
=
;
丙图中B物体受到竖直向上的浮力和支持力、竖直向下的重力,
由力的平衡条件可得:F浮B+F=GB=mBg,
即ρ液gV+F=
;
解得此液体的密度为:ρ液=
.