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。

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】123

【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:

2)在甲图中,因为A漂浮,则受到的浮力与重力相等,即F=G

根据阿基米德原理和重力公式可得:ρg(1-VA=mAg=ρAVAg

解得:ρA=ρ

由ρ=得,A的体积为:VA===

容器的底面积为:S=π2=

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=ρgh=ρg=

3)图甲中,A物体漂浮,由阿基米德原理和漂浮条件可得:

FA=ρgV=ρg×(1-VA=mAg

所以,ρVA=mA--------

图乙中,AB的整体漂浮,所以FAB=ρgV′=ρgVA=(mA+mBg

ρVA=mA+mB--------

由①②可得B物体的质量:mB=ρVA=ρ×=

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:FB+F=GB=mBg

ρgV+F=

解得此液体的密度为:ρ=

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