学习浮力知识后,小明做了以下实验:将 30cm 高的长方体 A 竖直放在圆柱形容器内。
( 1 )向容器内缓慢注水,当长方体 A 刚好对容器底部无压力时,停止注水,水深为 18cm ,如图甲所示。这一过程中,随着注水深度的增加,长方体 A 所受的浮力逐渐 ;
( 2 )继续向容器内缓慢注水,直到注满。关于长方体 A 浸在水中的深度 h 与新注入水的质量 m 之间的关系,下列图像表达正确的是 ;
A . B .
C . D .
( 3 )将长方体 A 与合金块 B ( ρ B =6 ρ 水 )粘合成一个整体,放入水中静止后,长方体 A 刚好漫没,如图乙所示。再将这个整体倒立放入水中,松手后这个整体保持竖直静止状态,求该状态下长方体 A 的底面所在深度处水的压强。(写出必要的文李说明、表达式及最后结果。已知: ρ 水 =1.0×10 3 kg/m 3 , g =10N/kg ,粘合剂的质量与体积忽略不计)
增大 A 2800Pa
【详解】( 1 ) [1] 根据题意知道 ,“ 向容器内缓慢注水,当长方体 A 刚好对容器底部无压力时,停止注水 ”, 此过程中长方体浸入水中的体积越来越多,由 知道,长方体 A 所受的浮力逐渐增大。
( 2 ) [2] 根据题意知道,当停止注水时,水深为 18cm ,且此时长方体 A 刚好对容器底部无压力,说明此时物体 A 的重力与浮力是一对平衡力,所以,继续向容器内缓慢注水,直到注满的过程中,物体上浮,始终浮力大小等于重力,即长方体 A 浸在水中的深度 h 不随新注入水的质量 m 的变化而不变,故 A 符合题意, BCD 不符合题意。
故选 A 。
( 3 ) [3] 设物体 A 的高度是 H ,底面积是 S ,密度是 ρ A ,则水深为 18cm 时
解得
由图乙知道,长方体 A 与合金块 B 粘合成一个整体,长方体 A 刚好漫没时
则
由于 ρ B =6 ρ 水 , ,所以
将这个整体倒立放入水中时, A 浸入水中的高度是 H ′ ,此时
即
解得
故
由 知道,该状态下长方体 A 的底面所在深度处水的压强
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