在一底面积为1.5×10−2m2的圆柱形容器内放入一个密度均匀的质量为0.6kg、底面积为1×10−2m2、高度为0.08m的柱状木块,然后向容器内注入一定量的水使木块漂浮在水面上,如图所示,此时水面高度为0.1m。
① 求水对容器底部的压强p水。
② 求木块浸入水体积与木块体积之比V浸∶V木。
③ 若将木块沿虚线以下截取整个木块的一半后,求木块上表面下降的高度h
解析:
(1)水对底部的压强为:
p=ρgh=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×0.1m=980Pa
(2)因为物理漂浮在水面上,所以浮力等于木块重力,故
F浮=G 即
ρ水gV排=G=mg 也即
ρ水V排=m
V排 | = | m | = | 0.6kg | =6×10-4m3 |
ρ水 | 1.0×103kg/m3 |
木块体积:
V木=S木h木=1×10−2m2×0.08m=8×10-4m3
木块露出部分的体积:V露=V木-V排=8×10-4m3-6×10-4m3=2×10-4m3
其体积之比为:
V露 | = | 2×10-4m3 | = | 1 |
V木 | 8×10-4m3 | 4 |
(3)按虚线截取后,剩下一半的木块同(2)分析知,其露出部分的体积与剩下体积的比值为1:4,故露出的体积为:
V’露 | = | 1 | × | 1 | ×8×10-4m3=1×10-4m3 |
4 | 2 |
排水的体积为:V排’=3×10-4m3
故,露出部分的高度为:
h’露 | = | V’露 | = | 1×10-4m3 | =1×10-2m |
S | 1×10−2m2 |
未截取前木块露出水面的高度为:
h露 | = | V露 | = | 2×10-4m3 | =2×10-2m |
S | 1×10−2m2 |
截取后,水面下降的高度为:
h水= | V排-V’排 | = | 6×10-4m3-3×10-4m3 | =2×10-2m |
S容 | 1.5×10−2m2 |
木块上表面下降:
h降=h水+h露-h露’=2×10-2m+2×10-2m-1×10-2m=3×10-2m
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