题目内容

面积很大的水池,水深为H,水面上浮着一正方体木块.木块边长为a,密度为水的,质量为m.开始时,本块静止,有一半没入水中,如图所示.现用力F将木块缓慢地压到池底,不计摩擦.求:

(1)从木块刚好完全没入水中到停在池底的过程中,池水势能的改变量?

(2)从开始到木块刚好完全没入水的过程中,力F做的功?

答案:
解析:

  解:(1)如图2(a)中1和2分别表示木块在刚没入水中时和到达池底时的位置,木块从1移到2,相当于使同体积的水从2移到1,所以池水的势能的改变量等于这部分水在位置1和在位置2的势能之差

  解:(1)如图(a)中1和2分别表示木块在刚没入水中时和到达池底时的位置,木块从1移到2,相当于使同体积的水从2移到1,所以池水的势能的改变量等于这部分水在位置1和在位置2的势能之差.因为木块密度为水的,木块的质量为m,所以与木块同体积的水的质量为2m,故池水的势能改变量:

      ΔE=2mg(H-)-2mg·=2mg(H-a).

  (2)因池水面积很大,可忽略因木块压入水中所引起的水深变化,木块刚好完全没入水中时,图(b)中原来处于斜线区域的水被排开,等效于使这部分水平铺于水面,这部分水的质量为m,其势能的改变量为:

      Δ=mgH-mg(H-a)=mga.

  木块势能的改变量为:

      Δ=mg(H-)-mgH=-mga.

  据功能原理,力F所做的功:

      W=Δ+Δmga.


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