如图(1)溢水杯中装满水(水的密度用表示),将一正方体木块(棱长为a)轻轻放入溢水杯中,木块静止时浸入水的深度为,现在用一根轻细钢针对着木块上表面中心竖直向下施加压力F,F从0慢慢增加,直到木块恰好完全浸没水中.解题时用ρ、a、g表示相关量
(1)求木块恰好完全浸没水中时压力Fm
(2)在F从O增至Fm过程中,木块浸没在水中的深度x从增到a,推导出F与x间的函数关系式
(3)将F、x的函数关系图象画在相应的坐标系中,并标出两端点的横、纵坐标.
网友回答
答:(1)F=0时,F浮=G,G=ρa×a2g=ρa3g;
F=Fm时,F浮=G+Fm,Fm=F浮-G=ρa3g-ρa3g=ρa3g;
(2)F为一般值时,F+G=F浮,F=F浮-G,即:F=ρa2g×x-ρa3g;
(3)线段起点坐标(a,0),终点坐标(a,ρa3g).如图所示:
解析分析:(1)当作用在木块上的压力为0时,木块受到的浮力等于木块的重力;木块恰好完全浸没水中时,对木块进行受力分析可得,木块受到的浮力等于木块的重力和压力的合力,据此求出木块恰好完全浸没水中时压力Fm;
(2)根据木块受到的浮力等于木块的重力和压力的合力表示出F与x间的函数关系式;
(3)根据题意可知,当木块静止浸入水的深度为可知起点坐标;当木块浸入深度为a时,纵坐标等于木块恰好完全浸没水中时压力Fm.
点评:本题考查了学生对阿基米德原理、漂浮条件、同一直线上力的合成的掌握和运用,知识点多、综合性强,是一道力学综合题,要求灵活运用各个公式.