如图所示,粗细均匀的蜡烛长l1,它底部粘有一质量为m的小铁块.现将它直立于水中,它的上端距水面h.如果将蜡烛点燃,假定蜡烛燃烧时油不流下来,且每分钟烧去蜡烛的长为△l,则从点燃蜡烛时开始计时,经________时间蜡烛熄灭(设蜡烛的密度为ρ,水的密度为ρ1,铁的密度为ρ2).
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解析分析:(1)设蜡烛的密度为ρ,水的密度为ρ1,铁的密度为ρ2.铁块受到浮力F,蜡烛截面积S.根据蜡烛刚开始悬浮在水里,进行受力平衡分析然后列出等式①;(2))蜡烛灭的时候,设蜡烛燃烧长度x,这时蜡烛的长度刚刚在水面,整个蜡烛长度的重力加铁重力刚好等于蜡烛的浮力加铁的浮力.进行受力平衡分析然后列出等式②;(3)两式联立求得蜡烛燃烧长度,再根据“每分钟烧去蜡烛的长为△l”,即可求出蜡烛燃烧的时间.
解答:(1)设蜡烛的密度为ρ,水的密度为ρ1,铁的密度为ρ2.铁块受到浮力F,蜡烛截面积S.蜡烛刚开始悬浮在水里,受力平衡分析:蜡烛重力+铁重力=蜡烛的浮力+铁的浮力ρL1Sg+mg=ρ1(L1-h)Sg+F--------------①
(2)蜡烛灭的时候,设蜡烛燃烧长度x,这时蜡烛的长度刚刚在水面,整个蜡烛长度的重力加铁重力刚好等于蜡烛的浮力加铁的浮力.蜡烛重力+铁重力=蜡烛的浮力+铁的浮力②ρ(L1-x)Sg+mg=ρ1(L1-x)Sg+F
①-②得x=,蜡烛燃烧的时间t==,故