A、B、C是由密度为ρ=3.0×103kg/m3的某种合金制成的三个实心球.A球的质量mA=90g;甲和乙是两个完全相同的木块,其质量m甲=m乙=340g;若把B和C挂在轻质杠杆两端,平衡时如图1所示,其中MO:ON=3:1.若用细线把球和木块系住,放入底面积为400cm2的圆柱形容器中,在水中静止时如图2所示.在图2中,甲有一半体积露出水面,乙浸没水中(水的密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg,杠杆、滑轮与细线的质量以及它们之间的摩擦忽略不计).
(1)甲木块的体积是多少?
(2)求B和C的质量各为多少kg?
(3)若将A球与甲相连的细线以及C球与B球相连的细线都剪断,甲和乙重新静止后,水对容器底部的压强变化了多少?
网友回答
解:(1)G甲=G乙=m甲g=340×10-3kg×10N/kg=3.4N
GA=mAg=90×10-3kg×10N/kg=0.9N
VA===0.3×10-4m3
将甲、A看做一个整体,因为漂浮,则:
ρ水g(+VA)=G甲+GA
即:1.0×103kg/m3×10N/kg×(+0.3×10-4m3)=3.4N+0.9N
解得:V甲=8×10-4m3;
(2)由图1知,杠杆杠杆平衡条件:
2mBg?ON=mCg?OM
∵MO:ON=3:1
∴2mB×ON=mC×3ON
则mB=1.5mC
由图2知,乙、B、C悬浮在水中,将乙、B、C看做一个整体,则:
ρ水g(V乙+VB+VC)=G乙+GB+GC
即:1.0×103kg/m3×10N/kg×(8.0×10-4m3++)=3.4N+mB×10N/kg+mC×10N/kg
则:1.0×103kg/m3×(8.0×10-4m3++)=0.34kg+1.5mC+mC
解得:mC=0.276kg
mB=1.5mC=1.5×0.276kg=0.414kg
(3)若将线剪断,则甲、乙漂浮在水面,A、B、C沉入水底;
以甲为研究对象,根据F浮′=G
1.0×103kg/m3×10N/kg×V排′=3.4N
解得:V排′=3.4×10-4m3
所以△V排=V乙+-2V排′=8.0×10-4m3+-2×3.4×10-4m3=5.2×10-4m3
△h==0.013m
由于液面下降,所以压强减小,则:
△p=ρ水g△h=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.013m=130Pa
答:(1)甲木块的体积是8×10-4m3;
(2)B的质量为0.414kg;C的质量为0.276kg;
(3)甲和乙重新静止后,水对容器底部的压强减小了130Pa.
解析分析:(1)把甲和A看做一个整体,根据物体漂浮时,浮力与重力相等进行分析;
(2)根据杠杆平衡条件结合动滑轮的特点列出关系式;
根据图2,将乙、B、C看做一个整体,根据悬浮时浮力与重力相等,列出关系式;
将两个关系式联立并代入已知条件便可求出;
(3)求出甲、乙漂浮在水面上时排开水的体积与原来相比,结合容器底的底面积求出水的液面高度的变化,根据公式p=ρ液gh求出压强的变化.
点评:此题考查了杠杆平衡条件的应用及浮力公式的应用,解决此题的关键是掌握杠杆平衡条件,将图2中的物体作为一个整体,根据浮力和重力相等的关系列出关系式,同时涉及到了密度的知识.