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九年级物理解答题一般
题目
一底面积为200cm2200cm^{2}、足够高的薄壁柱形容器,内装有足够多的水,静止置于水平桌面上.现在用细线吊着体积为1000cm31000cm^{3}的实心正方体AA,AA的重力为14N14N,使其一半体积浸入水中静止,如图所示.(g(g10N/kg10N/kg,ρ=1.0×103kg/m3){ρ}_{水}=1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3})求:
(1)A(1)A物体的密度;
(2)(2)此时细线对AA物体的拉力;
(3)(3)将细线剪断,把容器中的水全部倒出,然后用轻质细杆连接在AA的上表面中间,竖直放入容器底部,再向容器中缓慢加入25cm25cm深的工业液体,稳定后,用细杆将AA在竖直方向移动2.5cm2.5cm后,此时细杆的作用力大小为8N8N,求工业液体可能的密度.
知识点:探究液体压强的特点实验章节:未标注

答案与解析

答案

(1)A\left(1\right)A物体的密度为:
ρA=mV=GgV=14N10N/kg×1000×106m3=1.4×103kg/m3\rho _{A}=\frac{m}{V}=\frac{G}{gV}=\frac{14N}{10N/kg×1000×1{0}^{-6}{m}^{3}}=1.4\times 10^{3}kg/m^{3}
(2)(2)当实心长方体AA的一半体积浸入水中静止时,排开水的体积:V=12VA=12×1000cm3=500cm3=5×104m3V_{排}=\frac{1}{2}V_{A}=\frac{1}{2}\times 1000cm^{3}=500cm^{3}=5\times 10^{-4} m^{3}
由阿基米德原理可知,此时长方体AA受到的浮力:
F=ρgV=1.0×103kg/m3×10N/kg×5×104m3=5NF_{浮}=\rho _{水}gV_{排}=1.0\times 10^{3}kg/m^{3}\times 10N/kg\times 5\times 10^{-4} m^{3}=5N
根据称重法得,此时细线对AA物体的拉力F=GF=14N5N=9NF_{拉}=G-F_{浮}=14N-5N=9N
(3)(3)体积为1000cm3=1×103m31000cm^{3}=1\times 10^{-3}m^{3}
正方体AA的边长为a=V3=1000cm33=10cma=\sqrt[3]{V}=\sqrt[3]{1000c{m}^{3}}=10cm
①加入25cm25cm深的工业液体,若工业液体的密度小于ρA=1.4×103kg/m3\rho _{A}=1.4\times 10^{3}kg/m^{3},由浮沉条件可知AA会沉在容器底部,稳定后,用细杆将AA在竖直方向移动2.5cm2.5cm后(只能是向上移动),仍然是浸没的,则G=F\’+8NG=F_{浮}\’+8N
14N=ρ×10N/kg×1×103m3+8N14N=\rho _{液}\times 10N/kg\times 1\times 10^{-3}m^{3}+8N
解得ρ=0.6×103kg/m3\rho _{液}=0.6\times 10^{3}kg/m^{3}
②若工业液体的密度大于ρA=1.4×103kg/m3\rho _{A}=1.4\times 10^{3}kg/m^{3},由浮沉条件可知稳定后AA漂浮在液面上,
如果杆子向上移动,当物体上升2.5cm2.5cm时,液面下降的高度为:
Δh=SA×2.5cmSSA=10cm×10cm×2.5cm200cm210cm×10cm=2.5cm\Delta h=\frac{{S}_{A}×2.5cm}{{S}_{容}-{S}_{A}}=\frac{10cm×10cm×2.5cm}{200c{m}^{2}-10cm×10cm}=2.5cm
且根据受力分析可知减小的浮力等于增大的拉力,即ρgΔV=ρgSΔh=F\rho _{液}g\Delta V_{排}=\rho _{液}gS_{容}\Delta h=F
代入数据可得:ρ×10N/kg×200×104m2×2.5×102m=8N\rho _{液}\times 10N/kg\times 200\times 10^{-4}m^{2}\times 2.5\times 10^{-2}m=8N
解得ρ=1.6×103kg/m3\rho _{液}=1.6\times 10^{3}kg/m^{3}
【验算】物体AA漂浮时,根据阿基米德原理和漂浮条件可得:ρgSAh=ρAgSAhA\rho _{液}gS_{A}h_{浸}=\rho _{A}gS_{A}h_{A}
AA漂浮时浸入液体中的深度:h=ρAhAρ=1.4×103kg/m31.6×103kg/m3×10cm=8.75cmh_{浸}=\frac{{ρ}_{A}{h}_{A}}{{ρ}_{液}}=\frac{1.4×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}{1.6×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}\times 10cm=8.75cm
由上述计算可知,当物体上升2.5cm2.5cm时,液面下降的高度也为2.5cm2.5cm,则AA浸入液体中深度的减少量Δh=2.5cm+2.5cm=5cm<h=8.75cm\Delta h_{浸}=2.5cm+2.5cm=5cm \lt h_{浸}=8.75cm,即物体AA并没有被拉出液面,故上述结果合理;
③若工业液体的密度大于ρA=1.4×103kg/m3\rho _{A}=1.4\times 10^{3}kg/m^{3},由浮沉条件可知稳定后AA漂浮在液面上,设此时满足所给条件的液体密度为ρ\’\rho _{液}\’,且根据②可知AA漂浮时浸入液体中的深度:h\’=ρAhAρh_{浸}\’=\frac{{ρ}_{A}{h}_{A}}{ρ{′}_{液}}
如果杆子向下移动(即对AA施加向下的压力),在物体下降2.5cm2.5cm过程中,有可能浸没在液体中,
假设物体AA下降到某位置时浸没在液体中且此时细杆的作用力(压力)大小为7N7N,此后继续下降至原来位置下方的2.5cm2.5cm处,因浮力、重力大小均不变,则细杆的作用力大小也保持7N7N不变,
AA浸入液体中深度的增加量:Δh\’=h=hAh\’=hAρAhAρ=(ρρA)ρ\Delta h_{浸}\’=h_{露}=h_{A}-h_{浸}\’=h_{A}-\frac{{ρ}_{A}{h}_{A}}{ρ{′}_{液}}=\frac{(ρ{′}_{液}-{ρ}_{A})}{ρ{′}_{液}}-----Ⅰ
因物体AA下降到某位置时浸没在液体中且此时细杆的作用力大小为7N7N
则根据受力分析可知增大的浮力等于增大的压力,即ρ\’gΔV\’=ρ\’gSAΔh\’=F\rho _{液}\’g\Delta V_{排}\’=\rho _{液}\’gS_{A}\Delta h_{浸}\’=F----Ⅱ
ⅠⅡⅠⅡ可得:ρ\’gSA×=(ρρA)ρ=F\rho _{液}\’gS_{A}\times =\frac{(ρ{′}_{液}-{ρ}_{A})}{ρ{′}_{液}}=F
化简代入数据可得:10N/kg×100×104m2×(ρ\’1.4×103kg/m3)×0.1m=8N10N/kg\times 100\times 10^{-4}m^{2}\times (\rho _{液}\’-1.4\times 10^{3}kg/m^{3})\times 0.1m=8N
解得ρ\’=2.2×103kg/m3\rho _{液}\’=2.2\times 10^{3}kg/m^{3}
答:(1)A\left(1\right)A物体的密度1.4×103kg/m31.4\times 10^{3}kg/m^{3}
(2)(2)此时细线对AA物体的拉力是9N9N
(3)(3)工业液体可能的密度是0.6×103kg/m30.6\times 10^{3}kg/m^{3}1.6×103kg/m31.6\times 10^{3}kg/m^{3}2.2×103kg/m32.2\times 10^{3}kg/m^{3}

解析

(1)A\left(1\right)A物体的密度为:
ρA=mV=GgV=14N10N/kg×1000×106m3=1.4×103kg/m3\rho _{A}=\frac{m}{V}=\frac{G}{gV}=\frac{14N}{10N/kg×1000×1{0}^{-6}{m}^{3}}=1.4\times 10^{3}kg/m^{3}
(2)(2)当实心长方体AA的一半体积浸入水中静止时,排开水的体积:V=12VA=12×1000cm3=500cm3=5×104m3V_{排}=\frac{1}{2}V_{A}=\frac{1}{2}\times 1000cm^{3}=500cm^{3}=5\times 10^{-4} m^{3}
由阿基米德原理可知,此时长方体AA受到的浮力:
F=ρgV=1.0×103kg/m3×10N/kg×5×104m3=5NF_{浮}=\rho _{水}gV_{排}=1.0\times 10^{3}kg/m^{3}\times 10N/kg\times 5\times 10^{-4} m^{3}=5N
根据称重法得,此时细线对AA物体的拉力F=GF=14N5N=9NF_{拉}=G-F_{浮}=14N-5N=9N
(3)(3)体积为1000cm3=1×103m31000cm^{3}=1\times 10^{-3}m^{3}
正方体AA的边长为a=V3=1000cm33=10cma=\sqrt[3]{V}=\sqrt[3]{1000c{m}^{3}}=10cm
①加入25cm25cm深的工业液体,若工业液体的密度小于ρA=1.4×103kg/m3\rho _{A}=1.4\times 10^{3}kg/m^{3},由浮沉条件可知AA会沉在容器底部,稳定后,用细杆将AA在竖直方向移动2.5cm2.5cm后(只能是向上移动),仍然是浸没的,则G=F\’+8NG=F_{浮}\’+8N
14N=ρ×10N/kg×1×103m3+8N14N=\rho _{液}\times 10N/kg\times 1\times 10^{-3}m^{3}+8N
解得ρ=0.6×103kg/m3\rho _{液}=0.6\times 10^{3}kg/m^{3}
②若工业液体的密度大于ρA=1.4×103kg/m3\rho _{A}=1.4\times 10^{3}kg/m^{3},由浮沉条件可知稳定后AA漂浮在液面上,
如果杆子向上移动,当物体上升2.5cm2.5cm时,液面下降的高度为:
Δh=SA×2.5cmSSA=10cm×10cm×2.5cm200cm210cm×10cm=2.5cm\Delta h=\frac{{S}_{A}×2.5cm}{{S}_{容}-{S}_{A}}=\frac{10cm×10cm×2.5cm}{200c{m}^{2}-10cm×10cm}=2.5cm
且根据受力分析可知减小的浮力等于增大的拉力,即ρgΔV=ρgSΔh=F\rho _{液}g\Delta V_{排}=\rho _{液}gS_{容}\Delta h=F
代入数据可得:ρ×10N/kg×200×104m2×2.5×102m=8N\rho _{液}\times 10N/kg\times 200\times 10^{-4}m^{2}\times 2.5\times 10^{-2}m=8N
解得ρ=1.6×103kg/m3\rho _{液}=1.6\times 10^{3}kg/m^{3}
【验算】物体AA漂浮时,根据阿基米德原理和漂浮条件可得:ρgSAh=ρAgSAhA\rho _{液}gS_{A}h_{浸}=\rho _{A}gS_{A}h_{A}
AA漂浮时浸入液体中的深度:h=ρAhAρ=1.4×103kg/m31.6×103kg/m3×10cm=8.75cmh_{浸}=\frac{{ρ}_{A}{h}_{A}}{{ρ}_{液}}=\frac{1.4×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}{1.6×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}\times 10cm=8.75cm
由上述计算可知,当物体上升2.5cm2.5cm时,液面下降的高度也为2.5cm2.5cm,则AA浸入液体中深度的减少量Δh=2.5cm+2.5cm=5cm<h=8.75cm\Delta h_{浸}=2.5cm+2.5cm=5cm \lt h_{浸}=8.75cm,即物体AA并没有被拉出液面,故上述结果合理;
③若工业液体的密度大于ρA=1.4×103kg/m3\rho _{A}=1.4\times 10^{3}kg/m^{3},由浮沉条件可知稳定后AA漂浮在液面上,设此时满足所给条件的液体密度为ρ\’\rho _{液}\’,且根据②可知AA漂浮时浸入液体中的深度:h\’=ρAhAρh_{浸}\’=\frac{{ρ}_{A}{h}_{A}}{ρ{′}_{液}}
如果杆子向下移动(即对AA施加向下的压力),在物体下降2.5cm2.5cm过程中,有可能浸没在液体中,
假设物体AA下降到某位置时浸没在液体中且此时细杆的作用力(压力)大小为7N7N,此后继续下降至原来位置下方的2.5cm2.5cm处,因浮力、重力大小均不变,则细杆的作用力大小也保持7N7N不变,
AA浸入液体中深度的增加量:Δh\’=h=hAh\’=hAρAhAρ=(ρρA)ρ\Delta h_{浸}\’=h_{露}=h_{A}-h_{浸}\’=h_{A}-\frac{{ρ}_{A}{h}_{A}}{ρ{′}_{液}}=\frac{(ρ{′}_{液}-{ρ}_{A})}{ρ{′}_{液}}-----Ⅰ
因物体AA下降到某位置时浸没在液体中且此时细杆的作用力大小为7N7N
则根据受力分析可知增大的浮力等于增大的压力,即ρ\’gΔV\’=ρ\’gSAΔh\’=F\rho _{液}\’g\Delta V_{排}\’=\rho _{液}\’gS_{A}\Delta h_{浸}\’=F----Ⅱ
ⅠⅡⅠⅡ可得:ρ\’gSA×=(ρρA)ρ=F\rho _{液}\’gS_{A}\times =\frac{(ρ{′}_{液}-{ρ}_{A})}{ρ{′}_{液}}=F
化简代入数据可得:10N/kg×100×104m2×(ρ\’1.4×103kg/m3)×0.1m=8N10N/kg\times 100\times 10^{-4}m^{2}\times (\rho _{液}\’-1.4\times 10^{3}kg/m^{3})\times 0.1m=8N
解得ρ\’=2.2×103kg/m3\rho _{液}\’=2.2\times 10^{3}kg/m^{3}
答:(1)A\left(1\right)A物体的密度1.4×103kg/m31.4\times 10^{3}kg/m^{3}
(2)(2)此时细线对AA物体的拉力是9N9N
(3)(3)工业液体可能的密度是0.6×103kg/m30.6\times 10^{3}kg/m^{3}1.6×103kg/m31.6\times 10^{3}kg/m^{3}2.2×103kg/m32.2\times 10^{3}kg/m^{3}

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