底面积为400cm2的薄壁柱形容器内装有适量的水,将其竖直放在水平桌面上,把体积为2.2×10﹣3m3

37.(2019春•鄂伦春自治旗期末)底面积为400cm2的薄壁柱形容器内装有适量的水,将其竖直放在水平桌面上,把体积为2.2×10﹣3m3、重6N的木块A放入水后,再在木块A的上方放一球体B,平衡时球体B恰好没入水中,如图甲所示。已知球体B的体积为1×10﹣3m3(g取10N/kg)。求:
(1)球体B受到的浮力。
(2)球体B对木块A的压力。
(3)若将B放入水中,如图乙所示,则水对容器底部压强变化了多少?
 
答案】:(1)球体B受到的浮力为10N;
(2)球体B对木块A的压力为16N;
(3)水对容器底部压强变化了400Pa。
解析】:(1)已知球体B的体积VB=l×l0﹣3m3,且球体B全部浸没在水中,
所以B排开水的体积:V排B=VB=l×l0﹣3m3,
则球体B受到的浮力:F浮B=ρ水gV排B=1×103kg/m3×10N/kg×l×l0﹣3m3=10N;
(2)AB整体受到的浮力为:F浮总=ρ水g(V排A+V排B)=1×103kg/m3×10N/kg×(2.2×10﹣3m3+l×l0﹣3m3)=32N;
AB整体处于漂浮状态,浮力等于重力,即GA+GB=F浮总=32N,
因为A重6N,
所以GB=F浮总﹣GA=32N﹣6N=26N,
球体B受竖直向下的重力GB、竖直向上的浮力F浮B以及竖直向上的支持力F支;
球体B处于静止状态,故F浮B+F支=GB;
则B受到的支持力:F支=GB﹣F浮B=26N﹣10N=16N;
因为B对A的压力和A对B的支持力是一对相互作用力,大小相等,
故球体B对木块A的压力为16N;
(3)B放入水中后,A漂浮,有一部分体积露出水面,造成液面下降,
A漂浮,则F浮A=GA,
结合阿基米德原理可得:ρ水gVA排=GA,
则此时A排开水的体积:
VA排==6×10﹣4m3
B放入水中后,水面下降的高度:
△h==0.04m,
水对容器底部压强变化量:
△p=ρ水g△h=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.04m=400Pa。
答:(1)球体B受到的浮力为10N;
(2)球体B对木块A的压力为16N;
(3)水对容器底部压强变化了400Pa。

 

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