解题思路:因为上下半球在不同液体里,所以不能直接用阿基米德原理算小球受到的浮力.可以把它拆成上下两个半球,用密度为ρ2的液体对球向上的压力与密度为ρ1的液体对球向下的压力之差来求浮力.然后再让浮力≤球的重力G.
这里只能用浮力产生的原因:压力差来求解,小球的上表面均是一个半球面,且各部分压强都不相等,但是我们观察下面两个图,液体对下半球的压力F应该是相等的,即F1=F2,那么由图中F浮2=F2-F′,所以F1=F2=F浮2+F′,
同理下图中F3=F4=F-F浮1,所以小球上下面压力差:
F1-F3=F浮2+F′-(F-F浮1)=F浮1+F浮2+F′-F
=ρ1g[2/3]πR3+ρ2g[2/3]πR3+ρ2ghπR2-ρ1ghπR2
=(ρ1+ρ2)g[2/3]πR3+(ρ1-ρ2)ghπR2.
答:小球重力G至少等于(ρ1+ρ2)g[2/3]πR3+(ρ1-ρ2)ghπR2时,才能盖住圆洞.
点评:
本题考点: 阿基米德原理;二力平衡条件的应用.
考点点评: 解答此题时要注意ρ1、ρ2两种液体不是连通的,两部分液体完全隔离,同一高度压强可以不相同,阿基米德原理在这里不适用.