如图(1)所示,边长为10cm的立方体木块A通过细线与圆柱形容器底部相连,容器中液面与A上表面齐平.从打开容器底部的抽液机匀速向外排液开始计时,细线中拉力F随时间t的变化图像如图(2)所示.木块密度ρ = 0.5×103kg/m3,容器底部面积为200cm2,g = 10N/kg.下列说法中正确的是( )
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解析:根据题中四个选项的问题,从四方面进行分析
1.由题可见,木块的密度小于液体的密度,最终静止时,木块将静止在液面(漂浮),而当木块漂浮在液面时,其浮力等于木块重,浮力大小将保持不变。故木块所受的浮力开始逐渐变小,至等于其重力后,不再变化。A选项错误;
2.木块所受到的重力大小是:
G=mg=ρgV=0.5×103kg/m3×10N/kg×(10×10-2m)3
=5N
从图中可以发现,其开始时,木块上表面恰与液面相平,绳端所受的拉力为5N。此时木块受拉力(F)、重力(G)、浮力(F浮)三个力的作用,且处于静止。不难得到:F+G=F浮 即
F浮=G+F=5N+5N=10N
液体的密度为:
ρ液= | F浮 | = | 10N | =1.0×103kg/m3 |
gV | 10N/kg×(10×10-2m)3 |
显然这种物质为水,而不是酒精。选项B错误;
3.当绳子拉力为零时,木块为漂浮状态,此时木块受到的浮力为:
F浮’=G=5N
排开水的体积为:
V排’= | F浮’ | = | 5N | = 5×10-4m3 |
ρ水g | 1.0×103kg/m3×10N/kg |
50s溢出水的体积为:
V溢=V-V排’=(10×10-2m)3- 5×10-4m3=5×10-4m3
溢出水的质量为:
m溢=ρ水V溢=1.0×103kg/m3×5×10-4m3=0.5kg=500g
每秒钟溢出的水的质量为:
m0= | m溢 | = | 500g | =10g/s |
t | 50s |
由此可见选项C正确;
4.30s排除的水的质量和体积分别为:
m1=30m0=30×10g=300g
V1= | m1 | = | 300g | =300cm3 |
ρ水 | 1.0g/cm3 |
设木块露出的高度为h,则
V1=(S2-S1)h 即
300=(200-10×10)h
解之得:h=3cm
可见选项D错误。
答案:C
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