把质量为50g的小木块放入底面积为100cm2的盛有水的小圆筒内,小木块的一半浮于水面上。再把小圆筒放入盛有水的大圆筒中,能浮于水面上,此时大圆筒内水深h1为20cm,底面积为400cm2,小圆筒底离大圆筒底距离h2为10cm,如图所示。(g=10N/kg)
(1)小圆筒整个装置质量为 kg。
(2)若把小木块从小圆筒中取出后放入大圆筒内,稳定后大圆筒中的水对底部的压强为 Pa,此时h2为 cm。
答案:
(1)1;
(2)2000;10.5。
解析:
(1)小圆筒整个装置排开水的体积:
V排=S筒(h1﹣h2)
=100cm2×(20cm﹣10cm)=1000cm3
=1×10﹣3m3,
小圆筒整个装置受到的浮力:
F浮=ρ水gV排
=1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣3m3
=10N,
因小圆筒整个装置处于漂浮状态,
所以,装置受到的浮力
F浮=G总=10N,
由G=mg可得,小圆筒整个装置质量:
(2)因木块在水中漂浮,受到的浮力和自身的重力相等,即
F浮木=G木=m木g,
所以,由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可得,木块排开水的体积:
=50cm3,
若把小木块从小圆筒中取出后放入大圆筒内,小木块和小圆筒都漂浮在大圆筒的水面上,
所以,小木块和小圆筒受到的总浮力不变,导致排开水的体积不变,即h1=20cm=0.2m不变,
则稳定后大圆筒中的水对底部的压强:
p=ρ水gh1
=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m
=2000Pa,
因大圆筒中水的深度不变,
所以,V水+V排=V水+V排木+V排筒,即
V排筒=V排﹣V排木
=1000cm3﹣50cm3
=950cm3,
小圆筒浸入水中的深度:
=9.5cm,
则小圆筒底离大圆筒底距离
h2′=h1﹣h
=20cm﹣9.5cm
=10.5cm。
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