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F浮=ρ水gV排求出排开水的体积;
(3)已知浮力根据公式F浮=ρ水gV排求出排开水的体积,再根据公式h=
V
排
/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浮=G-F,
∴此时塑料块受到浮力F浮=G-F1=4N-3N=1N.
(3)∵F浮=ρgV排,
∴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=ρ水g△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浮=G=4N,
∵F浮=ρgV排,
∴塑料块浸入水中的体积:
V排=
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浸=
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水=S容器h′+(S容器-S塑料块)h浸=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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