如图所示,一正方体物块边长为10cm,漂浮于足够高的底面积为S0的盛有足量水的圆柱形容器中,有1/5体积露出水面。水的密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg。求:
(1)该物块受到的浮力;
(2)该物块的密度;
(3)若未投入物块时,水对容器底部的压力为F0。试求出物块漂浮时,水对容器底部的压力F1和物块浸没时水对容器底部的压强P2;
(4)若物块漂浮时与未投入物块时比较,水对容器底部的压强变化了200Pa,物块浸没时与物块漂浮时水对容器底部的压力之比为30:29,则未投入物块时容器中水的深度是多少?
解:(1)物块受到的浮力
F浮=G排=ρ水gv排=ρ水g4/5v物=1.0×103×10×4/5×103×10-6=8(N)
………1分 ………1分
(2)∵物块漂浮 F浮=G物,G物=m物g,ρ物=m物/v物,F浮=G排,
F浮=G物=ρ物gv物=ρ水gv排=ρ水g4/5v物,
∴物块的密度
ρ物=4/5ρ水=4/5 ×1.0×103=0.8×103 kg/ m3
………2分
(3)物块漂浮时水对容器底部的压力F1
F1 =F0+G物= F0+m物g= F0+ρ物gv物= F0+0.8×103×10×103×10-6= F0+8 (N)……1分
物块浸没时水对容器底部的压强
p2 =F2/ S0= F0+G物+ρ水g1/5v物/ S0= F0+8+1×103 ×10×1/5×103×10-6/ S0
=( F0+10)/ S0(Pa) ……1分
(4) 物块漂浮时水对容器底部的压强
P1 =F1/ S0= (F0+8)/ S0
未投入物块时水对容器底部的压强
P0 =F0/ S0
依题意△P= P1- P0=(F0+8)/ S0–F0/ S0= 8/ S0=200Pa
∴S0=0.04(m2) ……1分
又∵物块浸没时水对容器底部的压力
F2 =P2·S0= F0+10
依题意
F2/ F1=( F0+10)/(F0+8)=30/29
∴F0=50N……1分
∵F0= m水g=ρ水v水g=ρ水S0 h水g
∴h水= F0/ρ水S0 g=50/103×0.04 ×10=0.125(m)
……1分
注意:如果学生按上述标准评分小于3分,又写对G= mg, P =F/ S,F浮=G, F浮=ρ液gv排,
F浮=G排, F浮=G物, ρ=m/v,v=s·h,P =ρgh其中的任一条公式的各给1分,最多不超过3分。
特别说明:以上各题如果有不同于评分标准的其他解法,合理的,均同样给分。
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