如圖所示,一實心正方體鋁塊浸沒在密度為0.9×103kg/m3的油中,其質量為2.7kg,上表面與液麵相平行,...
問題詳情:
如圖所示,一實心正方體鋁塊浸沒在密度為0.9×103kg/m3的油中,其質量為2.7kg,上表面與液麵相平行,上、下表面的深度分別為h1和h2,且2h1=h2=20cm,求:
(1)鋁塊上表面處的液體壓強;
(2)若使鋁塊在圖示位置處於靜止狀態,還應使其在豎直方向受到一個多大的力;
(3)若圖中正方體是由密度為3.6×103kg/m3的合金製成,且處於懸浮狀態,則該正方體空心部分體積是多少?
【回答】
【考點】液體的壓強的計算;密度公式的應用;浮力大小的計算.
【分析】(1)由題意可知鋁塊上表面所處的深度,根據p=ρgh求出受到的液態壓強;
(2)正方體上下表面所處深度的差值即為其邊長,根據V=L3求出正方體的體積,根據阿基米德原理求出受到的浮力,鋁塊靜止時處於平衡狀態,受到的力為平衡力,根據力的平衡求出豎直方向施加的力;
(3)合金處於懸浮狀態時受到的浮力和自身的重力相等,根據G=mg求出合金的質量,根據ρ=求出正方體中合金的體積,正方體的體積減去合金的體積即為空心部分的體積.
【解答】解:(1)鋁塊上表面所處的深度:
h1=10cm=0.1m,
鋁塊上表面處的液體壓強:
p1=ρgh1=0.9×103kg/m3×10N/kg×0.1m=900Pa;
(2)正方體的邊長:
L=h2﹣h1=0.2m﹣0.1m=0.1m,
正方體鋁塊的體積:
V=L3=(0.1m)3=10﹣3m3,
正方體鋁塊浸沒時受到的浮力:
F浮=ρgV排=ρgV=0.9×103kg/m3×10N/kg×10﹣3m3=9N,
因鋁塊靜止時處於平衡狀態,受到的力為平衡力,
所以,施加的力:
F=G﹣F浮=mg﹣F浮=2.7kg×10N/kg﹣9N=18N,
即施加豎直向上18N的力;
(3)合金處於懸浮狀態時受到的浮力和自身的重力相等,
則合金的質量:
m′====0.9kg,
由ρ=可得,正方體中合金的體積:
V′===2.5×10﹣4m3,
空心部分的體積:
V空=V﹣V′=10﹣3m3﹣2.5×10﹣4m3=7.5×10﹣4m3.
答:(1)鋁塊上表面處的液體壓強為900Pa;
(2)若使鋁塊在圖示位置處於靜止狀態,還應使其在豎直方向受到一個18N的力;
(3)若圖中正方體是由密度為3.6×103kg/m3的合金製成,且處於懸浮狀態,則該正方體空心部分體積是7.5×10﹣4m3.
知識點:壓強和浮力單元測試
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