如图甲所示,弹簧测力计一端固定,另一端挂一正方体合金块浸没在装有水的圆柱形容器中,容器底部有一个由阀门控制的出水口.打开阀门缓慢放水,此过程中合金块始终不与容器底部接

发布时间:2020-08-10 06:47:17

如图甲所示,弹簧测力计一端固定,另一端挂一正方体合金块浸没在装有水的圆柱形容器中,容器底部有一个由阀门控制的出水口.打开阀门缓慢放水,此过程中合金块始终不与容器底部接触.弹簧测力计示数随放水时间变化的规律如图乙所示.若弹簧测力计的拉力每改变1N,弹簧长度就对应改变1cm,容器底面积是500cm2,开始时物体上表面距液面5cm,则从开始到打开阀门20s时,放出水的质量是________kg.(g取10N/kg)

网友回答

11.5
解析分析:(1)前5s内,合金块浸没水中,知道容器底面积和开始时物体上表面到液面的距离,可求流出水的体积,再利用m=ρV求前5s内流出水的质量;
(2)由图知,合金块全浸没水中弹簧测力计的示数、合金块离开水面弹簧测力计的示数(合金块重力G),利用称重法求出合金块浸没水中受到的浮力,再利用阿基米德原理求合金块的体积;由于合金块为正方体,可求合金块的边长;求出了合金块浸没水中受到的浮力,可知合金块从上表面露出水面到全露出,弹簧测力计减小的示数,由题知,弹簧测力计的拉力每改变1N,弹簧长度就对应改变1cm,可求弹簧长度缩短值,从而可求水面下降的高度(合金块边长加上弹簧的缩短值),这段时间流出水的体积要减去合金块的体积;再利用密度公式求流出水的质量;和前5s流出的水的质量相加可得总共流出水的质量.

解答:
(1)前5s内合金块浸没水中,流出水的体积:
V1=500cm2×5=2500cm3,
∵ρ=,
∴前5s内流出水的质量:
m1=ρV1=1g/cm3×2500cm3=2500g=2.5kg;
(2)前5s弹簧测力计的示数F示=5N,
20s后弹簧测力计的示数不变,合金块已经离开水面,可见合金块重力G=15N,
合金块浸没水中受到的浮力:
F浮=G-F示=15N-5N=10N,
∵F浮=ρ水V排g,合金块浸没水中,
∴合金块的体积:
V合金块=V排===0.001m3,
∵合金块为正方体,
∴合金块的边长为0.1m=10cm,
∵合金块浸没水中受到的浮力为10N,
∴合金块从上表面露出水面到全露出,弹簧测力计减小的示数为10N,
由题知,弹簧测力计的拉力每改变1N,弹簧长度就对应改变1cm,则弹簧缩短了10cm,
水面下降的高度:
h=10cm+10cm=20cm,
流出水的体积:
V2=500cm2×h-V合金块=500cm2×20cm-1000cm3=9000cm3,
该过程流出水的质量:
m2=ρV2=1g/cm3×9000cm3=9000g=9kg;
总共流出水的质量:
m=m1+m2=2.5kg+9kg=11.5kg.
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