将一轻质弹簧的两端分别固定在正方体物体A、B表面的中央,把正方体物体B放在水平桌面上,当物体A、B静止时,弹簧的长度比其原长缩短了5cm,如图甲所示.现将物体A、B?

发布时间:2020-08-07 23:45:28

将一轻质弹簧的两端分别固定在正方体物体A、B表面的中央,把正方体物体B放在水平桌面上,当物体A、B静止时,弹簧的长度比其原长缩短了5cm,如图甲所示.现将物体A、B?上下倒置,并将它们放入水平桌面上的平底圆柱形容器内,使物体A与容器底接触(不密合),再向容器中缓慢倒入一定量的某种液体,待物体A、B静止时,物体B上表面与液面平行,且有体积露出液面,此时容器底对物体A的支持力为1N.已知物体A、B的边长分别为5cm、10cm,物体A、B的密度之比为16:1,圆柱形容器的底面积为150cm2,弹簧原长为10cm,弹簧所受力F的大小与弹簧的形变量△x(即弹簧的长度与原长的差值的绝对值)的关系如图乙所示.上述过程中弹簧始终在竖直方向伸缩,且撤去其所受力后,弹簧可以恢复原长.不计弹簧的体积及其所受的浮力,g取10N/kg,则容器内倒入液体的质量是________kg.

网友回答

2.73
解析分析:根据弹簧所受力F的大小与弹簧的形变量△x和弹簧的缩短量求出物体A的重力和质量,进而可求物体A、B的密度;
然后分别分析A、B的受力情况,列出关于合力为零的等式,求出弹簧对物体的拉力求出浮力,

解答:由图乙可知:弹簧所受力F的大小与弹簧的形变量△x的关系式是2N/cm,则弹簧的长度比其原长缩短了5cm时弹簧的压力为5cm×2N/cm=10N,则GA=10N,
∵VA=LA3=(0.05m)3=1.25×10-4m3,
根据密度公式得:ρA===8000kg/m3,
∵ρA:ρB=16:1,
∴ρB=ρA=×8×103kg/m3=500kg/m3,
∵VB =LB3=(0.1m)3=1×10-3m3,
∴GB=ρB gVB=500kg/m3×10N/kg×1×10-3m3=5N,
当将物体A、B上下倒置放入容器中,则A、B受力分析如图:

则:GA=N+F+F浮A-------①
GB+F=F浮B-------------②
解得:F浮A+F浮B=GA+GB-N=10N+5N-1N=14N,
∵F浮A+F浮B=ρ液g(VA+VB),
则ρ液==≈0.9×103kg/m3,
∴F=F浮B-GB=ρ液gVB-GB=0.9×103kg/m3×10N/kg×1×10-3m3-5N=4N,
根据弹簧所受力F的大小与弹簧的形变量△x的关系式是2N/cm,则弹簧的压力为4N,则弹簧的伸长△L=2cm;
则液体的深度为h=LA+L+△L+LB=5cm+10cm+2cm+10cm=27cm=0.27m,
V液=sh-VA-VB=0.015m2×0.27cm-1.25×10-4m3-1×10-3m3≈3.04×10-3m3
所以,液体质量为m=ρ液V液=0.9×103kg/m3×3.04×10-3m3=2.73kg.
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