如图甲所示,将边长为10cm的立方体木块A放入水中,有的体积浸入水面,将金属块B放在木块中央静止后用刻度尺测出此时木块露出水面的高度h1为2cm,如图乙所示,再用轻质细线将金属块捆绑在木块中央,放入水中静止后测出此时木块露出水面高度h2为3cm,如图丙所示(g取10N/kg)。求:
(1)木块在图甲中受到的浮力;
(2)图甲中木块底部受到的压强;
(3)金属块的密度。
解:
(1)立方体木块A的边长为10cm=0.1m,
则木块A的底面积:
SA=(0.1m)2=1×10﹣2m2,
木块A的体积:
VA=(0.1m)3=1×10﹣3m3,
由题可知,甲图中木块排开水的体积:
=6×10﹣4m3,
则甲图中木块受到的浮力:
F浮=ρ水gV排
=1.0×103kg/m3×10N/kg×6×10﹣4m3
=6N;
(2)由题可知,甲图中木块浸入水中的深度:
则甲图中木块底部所受的压强:
p=ρ水gh
=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.06m
=600Pa;
(3)甲图中木块漂浮,所以木块的重:
GA=F浮=6N,
图乙中木块浸入水中的体积:
V浸=SAh浸
=1×10﹣2m2×(0.1m﹣0.02m)
=8×10﹣4m3,
图丙中木块浸入水中的体积:
V浸′=SAh浸′
=1×10﹣2m2×(0.1m﹣0.03m)
=7×10﹣4m3,
乙、丙两图中,A和B的整体都处于漂浮状态,总浮力等于总重力,总重力不变,
所以,两物体所受的总浮力相同,排开水的总体积相等,即
V浸=V浸′+VB,
则金属块B的体积:
VB=V浸﹣V浸′
=8×10﹣4m3﹣7×10﹣4m3
=1×10﹣4m3,
乙图中正方体木块A和金属块B受到的总浮力:
F浮′=ρ水gV排′
=ρ水gV浸=1.0×103kg/m3×10N/kg×8×10﹣4m3
=8N,
由于A和B的整体处于漂浮状态,所以
GA+GB=F浮′,
则金属块B的重力:
GB=F浮′﹣GA
=8N﹣6N
=2N,
金属块B的质量:
所以金属块B的密度:
=2×103kg/m3。
故
(1)木块在图甲中受到的浮力为6N;
(2)图甲中木块底部受到的压强600Pa;
(3)金属块的密度为2×103kg/m3。
微信扫码关注三人行问答社区 公众号