如图所示,质量均为20千克的圆柱体甲、乙分别放置在水平面上.已知甲的密度为10×103千克/米3,底面积为0.010米2;乙的密度为8.0×103千克/米3,底面积为0.016米2.(g=10N/kg)
①求:圆柱体甲的体积V甲.
②求:圆柱体甲对水平面的压力F甲、压强p甲.
③若要使甲、乙对地面的压强相等,小明、小红和小华分别设计了如下表所示的不同方法.请先判断,________同学的设计是可行的;再求出该方法中所截去的高度h(或体积V或质量m).
同学设计的方法小明分别在甲和乙上部,水平截去相同的高度h.小红分别在甲和乙上部,水平截去相同的体积V.小华分别在甲和乙上部,水平截去相同的质量m.
网友回答
小红
解析分析:①知道圆柱体的质量和密度,利用密度公式求甲圆柱体的体积;
②因为放在水平地面上,根据F=G求圆柱体对地面的压力,又知道底面积,再根据压强公式求圆柱体对地面的压强;
③压力相同,甲的底面积小,甲对地面的压强大,分别分析三位同学的方法中甲、乙对地面的压强变化,找出可能使压强相同的方法:
小明的做法中,沿水平方向分别截去高度相同的部分,截去甲的体积小于截去乙的体积,因为甲的密度大于乙的密度,无法比较剩余甲的质量和剩余乙的质量的关系,也就无法比较对地面的压强关系;
小红的做法中,沿水平方向分别截去体积相等的部分,因为甲的密度大于乙的密度,所以甲剩余部分对地面的压力小于乙剩余部分对地面的压力,甲和乙的底面积不变,比较变化后甲和乙对地面的压强变化得结论;
小华的做法中,沿水平方向分别截去质量相等的部分,甲和乙剩余部分对地面的压力大小关系不变,甲和乙的底面积不变,比较变化后甲和乙对地面的压强变化得结论;
(b)根据压强相等,列出关于体积、高度的方程求解.
解答:①圆柱体甲的体积:
V甲===2×10-3m3;
②∵在水平地面上,
甲对地面的压力:
F=G=mg=20kg×10N/kg=200N
甲对地面的压强:
p===2×104Pa;
③小明的做法中,沿水平方向分别截去高度相同的部分,截去甲的体积小于截去乙的体积,因为甲的密度大于乙的密度,无法比较剩余甲的质量和剩余乙的质量的关系,也就无法比较对地面的压强关系,不可行;
小红的做法中,沿水平方向分别截去体积相等的部分,因为甲的密度大于乙的密度,截去甲的质量大于截去乙的质量,甲剩余部分对地面的压力小于乙剩余部分对地面的压力,甲和乙的底面积不变,使甲对地面的压强变小,可行;
小华的做法中,沿水平方向分别截去质量相等的部分,甲和乙剩余部分对地面的压力大小相等,甲和乙的底面积不变,甲和乙剩余部分对地面的压强大小关系不变,不能使甲和乙对地面的压强相等;
(b)设沿水平方向分别截去相同的体积V,则:
p甲′==,
p乙′==,
∵p甲′=p乙′,
∴=,
即:=,
解得:V=1.5×10-3m3.
答:①圆柱体甲的体积为2×10-3m3;
②圆柱体甲对水平面的压力为196N,压强为2×104Pa;
③小红同学的设计是可行的,所截去的体积为1.5×10-3m3.
点评:本题考查了学生对压强公式的掌握和运用,包括定量计算和定性分析,要求要根据已知条件,灵活运用压强计算式P=行分析解答.