Question

在圖中，底面積為S=100cm²的圓柱形容器中裝有密度為ρ的某種液體．圖甲中，液體的深度是20cm，此時(shí)手對(duì)細(xì)線的拉力是8N，物體A對(duì)容器底部的壓力是F₁；圖乙中，手對(duì)細(xì)線的拉力是15N；圖丙中，物體A露出液面的體積是總體積的五分之二，液體對(duì)物體A下表面的壓力是F₂，液體的深度是16cm，手對(duì)細(xì)線的拉力是19.8N，，液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)為p （g取10N/kg）以下說(shuō)法正確的是（ ）

A．F₁=6N
B．ρ=1.0×10³kg/m³，
C．P=2.4×10³Pa
D．F₂=7.2N

Answer 1

【答案】分析：首先對(duì)物體A進(jìn)行受力分析，在甲圖中，物體A受到四個(gè)力的作用，分別為豎直向下的重力，豎直向上的拉力、浮力和支持力．
在乙圖中，物體A受到三個(gè)力的作用，分別為豎直向下的重力，豎直向上的拉力和浮力．
在丙圖中，物體A受到三個(gè)力的作用，分別為豎直向下的重力，豎直向上的拉力和浮力．
①在甲圖和乙圖中，物體A浸沒在液體中，所以在兩種情況下物體A所受到的浮力相等，再根據(jù)力的合成，豎直向上的力等于豎直向下的，在這兩種情況下列出兩個(gè)等式，從而可以計(jì)算出F_支持的大小，物體A對(duì)容器底部的壓力就等于F_支持的大小．
②當(dāng)物體A有的體積露出液面時(shí)，筒中液體的深度比圖甲中液體的深度下降了20cm-16cm=4cm，又知道圓柱形容器的底面積，可求出A的體積；在乙圖和丙圖中，根據(jù)力的合成，豎直向上的力等于豎直向下的，在這兩種情況下列出兩個(gè)等式，從而可以計(jì)算出液體密度的大小．
③在圖丙中，已計(jì)算出液體密度的大小，又知道液體的深度，可利用公式P=ρgh計(jì)算出液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)．
④在圖丙中，此時(shí)液體對(duì)物體A下表面的壓力是F₂，就是物體A受到的浮力，可利用公式F_浮=ρV_排g計(jì)算出浮力的大小．
解答：解：在甲圖中，物體A受到四個(gè)力的作用，分別為豎直向下的重力，豎直向上的拉力、浮力和支持力．
在乙圖中，物體A受到三個(gè)力的作用，分別為豎直向下的重力，豎直向上的拉力和浮力．
在丙圖中，物體A受到四個(gè)力的作用，分別為豎直向下的重力，豎直向上的拉力和浮力．如圖所示：

①、∵在甲圖和乙圖中，物體A浸沒在液體中，
∴由公式F浮=ρv_排g可知，在兩種情況下物體A所受到的浮力相等，
從甲圖和乙圖可知：G=F_拉甲+F_浮甲+F_支持，G=F_拉乙+F_浮乙；
即F_拉甲+F_浮甲+F_支持=F_拉乙+F_浮乙，
而F_拉甲=8N，F(xiàn)_拉乙=15N，F(xiàn)_浮甲=F_浮乙，
解得；F_支持=7N；
物體A對(duì)容器底部的壓力就等于F_支持的大小，即F₁=F_支持=7N；故A不符合題意．
②、當(dāng)物體A有的體積露出液面時(shí)，筒中液體的深度比圖甲中液體的深度下降了△h=20cm-16cm=4cm，
由題意可得：V_露=V=S△h=100cm²×4cm=400cm³，
所以物體A的體積為：V=×V_露=×400cm³=1000cm³，
從乙圖和丙圖可知：G=F_拉乙+F_浮乙，G=F_拉丙+F_浮丙，
即F_拉乙+F_浮乙=F_拉丙+F_浮丙，
而F_拉已=15N，F(xiàn)_拉丙=19.8N，
則15N+F_浮乙=19.8N+F_浮丙，即15N+ρgV=19.8N+ρg（V-V_露），
解得：ρ=1.2×10³kg/m³；故B不符合題意．
③、∵在圖并中，h=16cm=0.16m，
∴液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)為：P=ρgh=1.2×10³kg/m³×10N/kg×0.16m=1920Pa；故C不符合題意．
④、從圖丙可知，液體對(duì)物體A下表面的壓力是F₂等于物體A受到的浮力，
而V_排=V-V_露=1000cm³-400cm³=600cm³=6×10^-4m³，
∴F₂=F_浮=ρV_排g=1.2×10³kg/m³×10N/kg×6×10^-4m³=7.2N．
故選D．
點(diǎn)評(píng)：本題考查體積、液體壓強(qiáng)、浮力、密度等的計(jì)算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用，難點(diǎn)是對(duì)物體進(jìn)行受力分析．