如图(a),圆柱形容器中装入一定量的水,将一长方体木块B放置水中,上面加一长方体的金属块A,木块静止时,露出水面的高度为h1,如图(b):然后将金属块用细线悬挂在木块下面。静止时木块露出水面的高度为h2,如图(c):再将细线剪断,金属块沉入水底,当木块再次静止时露出水面的高度为h3,如图(d)。
(1)若(b)(c)(d)容器中底部受到水的压强分别标记为P1、P2、P3,试写出P1、P2、P3的大小关系: ;
(2)试推导金属块A的密度。(水的密度记为ρ水)
解析:
(1)图(b)(c)中把A、B看做一个整体,它们都漂浮,所以浮力都等于自身的总重力;(d)图中A下沉,所以A、B受到的总浮力小于它们自身的总重力。
∴F浮b=F浮c>F浮d,
根据F浮=ρ水gV排,知V排b=V排c>V排d,
容器底面积相同,∴放入A、B后液面上升的高度
△hb=△hc>△hd,
∴水深
hb=hc>hd,
根据液体压强公式P=ρgh知
P1=P2>P3。
(2)设B底面积为S,高为h,A的体积为V,密度为ρA,
由(b)图所示可得
ρ水S(h﹣h1)=mA+mB﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①;
由(c)图可得
ρ水VA+ρ水S(h﹣h2)=mA+mB﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②;
由(d)图可得
ρ水S(h﹣h3)=mB﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③,
由①﹣③得
mA=ρ水S(h3﹣h1);
由①﹣②得
VA=S(h2﹣h1);
则金属球的密度
故
(1)P1=P2>P3
(2)
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