题目内容
【题目】如图,A和B是同种合金制成的两个球体,A的质量为60g,B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。
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求:(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
F浮B=ρ水VBg=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,
ΔF=ΔpS=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乙
ρ水gV排乙=m乙g
V排乙=
=200cm3,
乙的体积
V乙= V排乙+ V乙露=200cm3+280cm3=480cm3,
甲乙完全相同,甲的体积
V甲=V乙=480cm3,
剪断甲与A的细线后,甲漂浮,A下沉,
F浮甲=G甲
ρ水gV排甲=m甲g
V排甲=
=200cm3,
原来甲排开水的体积
V排甲1=
V甲=
×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
ΔF=ΔG水=Δmg水=ρ水V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,A和B下沉,由(2)可知乙露出的体积是280cm3,乙上升的高度
h乙=
=7cm,
木块乙克服自身重力做的功
W=G乙h乙= m乙gh乙=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;