如图所示,在一个底面150cm2足够深的柱形容器内装有一定量的水.将一个长10cm,横截面积50cm2的圆柱形实心塑料块

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  • 解题思路:(1)当塑料块底面刚好接触水面时,弹簧测力计的示数为塑料块的重力,然后根据V=Sh求出塑料块的体积,再利用密度公式求出塑料块的密度;

    (2)塑料块上浮1cm,得出测力计的拉力,求出浮力,根据公式FgV求出排开水的体积;

    (3)已知浮力根据公式FgV求出排开水的体积,再根据公式h=

    V

    /S]求出物块浸没在水中的高度,最后两种情况下的高度之和就是水面变化的高度,根据p=ρgh求容器底部所受压强.

    (4)弹簧测力计的示数为0时,首先根据测力计示数变化判断出物体需要上升的高度;此时塑料块漂浮,受到的浮力和自身的重力相等,根据阿基米德原理求出塑料块浸入水中的体积(排开水的体积),则即可求出物体浸没的深度,最后即可求出需要加入的水的体积.

    (1)根据G=mg可得,圆柱形实心塑料块的质量:

    m=[G/g]=[4N/10N/kg]=0.4kg,

    塑料块的体积:

    V塑料=Sh=50cm2×10cm=500cm3=5×10-4m3

    塑料块的密度:

    ρ=[m/V]=[0.4kg

    5×10−4m3=0.8×103kg/m3

    (2)∵弹簧受到1N的拉力时伸长1cm.

    ∴当塑料块上浮1cm,弹簧的伸长将减小1cm,则弹簧的拉力减小1N,即测力计的示数为F1=4N-1N=3N,

    ∵F=G-F,

    ∴此时塑料块受到浮力F=G-F1=4N-3N=1N.

    (3)∵F=ρgV

    ∴当塑料块上浮1cm,塑料块浸入水中的体积:

    V排1=

    F浮1

    ρ水g=

    1N

    1×103kg/m3×10N/kg=1×10-4m3=100cm3

    则塑料块浸入水的深度为h1=

    V排1

    S塑料块=

    100cm3

    50cm2=2cm,

    ∵水面上升到塑料块上浮1cm,塑料块底面上升1cm,

    ∴两种情况下的高度之和就是水面变化的高度,即△h=2cm+1cm=3cm;

    ∵p=ρgh,

    ∴容器底部所受压强增大为△p=ρg△h=1.0×103kg/m3×10N/kg×3×10-2m=300Pa;

    (4)弹簧测力计的示数为0时,则塑料块漂浮,

    ∴此时塑料块受到的浮力:

    F=G=4N,

    ∵F=ρgV

    ∴塑料块浸入水中的体积:

    V=

    F浮

    ρ水g=

    4N

    1×103kg/m3×10N/kg=4×10-4m3=400cm3

    则物体浸没在水里的深度为h=

    V排

    S塑料块=

    400cm3

    50cm2=8cm,

    由于测力计示数由4N变为0N时,根据弹簧受到1N的拉力时伸长1cm可知:物体下表面会上升h′=4cm,

    则需要加入水的体积至少为△V=S容器h′+(S容器-S塑料块)h=150cm2×4cm+(150cm2-50cm2)×8cm=1400cm3

    答:(1)该实心塑料块的密度为0.8×103kg/m3

    (2)若现往容器缓缓加水,当塑料块上浮1cm,此时塑料块所受浮力为1N;

    (3)容器底部所受压强增大了300Pa;

    (4)若想使弹簧秤的示数刚好减小为0N,则加入水的体积至少为1400cm3

    点评:

    本题考点: 浮力大小的计算;液体的压强的计算;阿基米德原理.

    考点点评: 本题考查了密度公式和重力公式、阿基米德原理、物体浮沉条件的应用,关键是知道塑料块的重力等于当塑料块底面刚好接触水面时的示数,计算过程要注意单位的换算.

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