用密度为ρ的金属制成质量相等的金属盒和实心金属球各一个,若把球放在盒内密封后,可悬浮在水中,如图甲所示;若把球和盒用细线相连,放在水里静止后,盒有的体积露出水面,此时

发布时间:2020-08-08 12:49:04

用密度为ρ的金属制成质量相等的金属盒和实心金属球各一个,若把球放在盒内密封后,可悬浮在水中,如图甲所示;若把球和盒用细线相连,放在水里静止后,盒有的体积露出水面,此时细线对球的拉力是2N,如图乙所示.下列说法中正确的是:A.ρ:ρ水=3:1B.金属盒的体积为6×10-4m3C.金属球的质量为0.4kgD.金属盒空心部分体积是5×10-4m3

网友回答

C
解析分析:(1)对选定的研究对象进行受力分析,为了解题的方便我们先设定物理量,金属盒的体积为:V盒,金属球的体积为:V球,二者的质量为:m(二者质量相等),首先选图甲中盒与球整体作为研究对象,两者之间相互作用力为内力,对于整体只受浮力和重力,甲乙两种情况,一次悬浮,一次漂浮,均有F浮=ρ水gv排,即两次排开水的体积相同,可得:V盒=(1-)?V盒+V球,V球=V盒;
而F浮=ρ水gV排=ρ水gV盒=G=2mg=2ρgV球,所以有:ρ=2ρ水=2×103kg/m3,再次对甲乙两图,盒和球进行受力分析:甲图中金属盒悬浮时有:2mg=ρ水gV排(V盒=V排);乙图中金属球悬在金属盒下面时:金属球进行受力分析有 mg+2N=ρ水gV盒;对金属盒进行受力分析有:mg=2N+ρ水gV球,
解之:V盒=8×10-3m3,m=0.4kg,V球=2×10-4m3;
(2)根据密度公式变形求出金属盒实心部分的体积,利用V空=V盒-V实如此将问题逐一解决.

解答:设金属盒的体积为:V盒,金属球的体积为:V球,二者的质量为:m(二者质量相等),
(1)甲乙两种情况,一次悬浮,一次漂浮,均有F浮=ρ水gV排,即两次排开水的体积相同,可得:
V盒=(1-)V盒+V球,V球=V盒;
而F浮=ρ水gV排=ρ水gV盒=G=2mg=2ρgV球,所以有:ρ=2ρ水=2×103kg/m3
(2)对甲乙两种情况,进行受力分析:
金属盒悬浮时有:2mg=ρ水gV排(V盒=V排)
金属球悬在金属盒下面时:对金属盒进行受力分析有 mg+2N=ρ水gV盒,
解之:V盒=8×10-4m3,m=0.4kg,V球=2×10-4m3;
金属球的密度ρ金===2×103kg/m3;
(3)由ρ=得V实盒===2×10-4m3,
V空=V盒-V实=8×10-4m3-2×10-4m3=6×10-4m3
故ABD错误;C正确.
故选C.

点评:此题为一道难度较大的推理计算题,解决此类问题的方法为:①选定的研究对象并进行受力分析(最好画出受力分析图).②设定未知量一般为选项或题目所求物理量.③把两个物体视作整体,即整体法列一个方程.④再将两个物体分别作为研究对象,即隔离法再列两个方程.
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