题目内容

【题目】如图,AB是同种合金制成的两个球体,A的质量为60gB的体积为140cm3。甲和乙是两个完全相同的底面积为40cm2,质量为200g的不吸水木块。用细线把球体和木块系住,在水中平衡时,甲有一半体积露出水面,乙浸没水中。若剪断乙与B的细线后,水对容器底部的压强变化了140Pa,已知轻质柱形容器底面积为200cm2

:(1)图中B受到的浮力;

(2)剪断甲与A的细线后,甲静止时对容器底的压力的变化量;

(3)同时剪断甲与A和乙与B的细线静止后,相对于未剪断细线时,木块乙克服自身重力做的功。

【答案】(1)1.4N(2)0.4N(3)0.14J

【解析】

(1)B受到的浮力

FB=ρVBg=1×103kg/m3×140×10-6m3×10N/kg=1.4N

(2)剪断乙与B的细线后,水对容器底部的压力的变化量,

ΔFpS=140Pa×200×10-4m2=2.8N,

木块乙露出水面后,水下降的质量

m下降==0.28kg

木块乙露出的体积

V乙露= V下降==2.8×10-4m3=280cm3

木块乙受到的浮力

F浮乙=G

ρgV排乙=mg

V排乙==200cm3

乙的体积

V= V排乙+ V乙露=200cm3+280cm3=480cm3

甲乙完全相同,甲的体积

V=V=480cm3

剪断甲与A的细线后,甲漂浮,A下沉,

F浮甲=G

ρgV排甲=mg

V排甲==200cm3

原来甲排开水的体积

V排甲1=V=×480cm3=240cm3

水下降的体积

V下降1= V排甲1- V排甲=240cm3-200cm3=40cm3

水对容器底压力的变化量

ΔFGmg=ρV下降1g=1×103kg/m3×40×10-6m3×10N/kg=0.4N

(3)同时剪断甲与A和乙与B的细线,甲和乙上升,AB下沉,由(2)可知乙露出的体积是280cm3,乙上升的高度

h==7cm

木块乙克服自身重力做的功

W=Gh= mgh=0.2kg×10N/kg×0.07m=0.14J

答:(1)图中B受到的浮力是1.4N

(2)剪断甲与A的细线后,甲静止时对容器底的压力的变化量是0.4N

(3)同时剪断甲与A和乙与B的细线静止后,相对于未剪断细线时,木块乙克服自身重力做的功是0.4N

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