题目内容

14.如图所示,小华利用杠杆提升浸没在水中的物体B.杠杆CD可绕支点O在竖直平面内转动,OC:OD=1:2.物体A为配重,其质量为200g.物体B的质量为320g,体积135cm3,当它浸没在水中时烧杯中水深20cm,烧杯底面积为75cm2.求:
(1)当物体B浸没在水中时,水对杯底的压强P1
(2)当用2N的拉力竖直向下拉物体A,将物体B提出水面一部分以后,杠杆恰好在水平位置平衡,水对杯底的压强P2(g取10N/kg,杠杆的质量、悬挂物体A和物体B的绳的质量均忽略不计).

分析 (1)已知当物体B浸没在水中时烧杯中水深20cm,利用p=ρgh求得水对杯底的压强p1;
(2)已知A、B的质量可求得其重力,利用杠杆平衡条件可求得右边拉力F,根据G=F+F浮可求得此时物体B受到的浮力,F浮=ρgV排可求得排开水的体积,然后可知露出水的体积,再利用h=$\frac{V}{S}$可求得露出水的高度,
然后可知此时水的深度,再利用p=ρgh求得水对杯底的压强.

解答 解:(1)当物体B浸没在水中时烧杯中水深h1=20cm=0.2m,
则水对杯底的压强p1=ρgh1=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2×103Pa;
(2)GA=mAg=0.2kg×10N/kg=2N,GB=mBg=0.32kg×10N/kg=3.2N,
设右边拉力为F,由杠杆平衡条件可得,
(GA+2N)×OC=F×OD,
则F=$\frac{2N+2N}{2}$=2N,
将物体B提出水面一部分以后,物体B受到的浮力F浮=GB-F=3.2N-2N=1.2N,
由F浮=ρgV排可得,此时物体B排开水的体积V排=$\frac{{F}_{浮}}{ρg}$=$\frac{1.2N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.2×10-4m3=120cm3.
V露=V-V排=135cm3-120cm3=15cm3,
h露=$\frac{{V}_{露}}{S}$=$\frac{15c{m}^{3}}{75c{m}^{2}}$=0.2cm.
h2=h-h露=20cm-0.2cm=19.8cm=0.198m,
此时水对杯底的压强p2=ρgh2=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.198m=1.98×103Pa;
答:(1)当物体B浸没在水中时,水对杯底的压强为2×103Pa;
(2)此时水对杯底的压强为1.98×103Pa.

点评 此题的综合性较强,考查了学生对浮力的计算,压强的计算公式,还用杠杆平衡条件的应用,在计算时还要注意单位的统一,这些知识点稍有疏忽,就导致整个题错误,因此是一道易错题.

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