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九年级物理解答题一般
题目
如图所示,有一质量为M=1kgM=1kg、底面积为S=5×102m2S=5\times 10^{-2}m^{2}的圆柱状容器置于水平桌面,在其内底部固定一轻质弹簧,弹簧弹力FF遵循胡克定律F=kxF=kx,xx是弹簧的伸长量或压缩量,kk是弹簧的劲度系数.弹簧上端连有一边长为L=0.1mL=0.1m的正方体物块AA,稳定时物块AA35\frac{3}{5}的体积露出水面,容器中水的深度为h0=0.2mh_{0}=0.2m,此时弹簧恰好处于自然伸长状态.现往容器中缓慢加水,当物块AA刚好完全没入水中时停止加水,此时弹簧伸长了3cm3cm.已知弹簧始终处于弹性限度内,其体积忽略不计,容器足够高,ρ=1.0×103kg/m3\rho _{水}=1.0\times 10^{3}kg/m^{3},取g=10N/kgg=10N/kg.求
(1)(1)物块AA的质量;
(2)(2)弹簧的劲度系数;
(3)A(3)A刚好完全没入水中时容器对地面的压力大小.
知识点:压强的大小及其计算、浮力大小的计算章节:第1章 水和水的溶液 / 1.3 水的浮力

答案与解析

答案

(1)物块AA排开水的体积为:
V\’=(1)L3{V\’}=\left(1-\right)L^{3}
物块AA受到的浮力为:
F=ρgV\’F_{浮}=\rho _{水}gV\’
弹簧恰好处于自然伸长状态,有F=G=mg=ρgV\’F_{浮}=G=mg=\rho _{水}gV\’
物块AA的质量为:
m=ρV\’=ρ(1)L3=1.0×103kg/m3×10N/kg×(135)×(0.1m)3=0.4kgm=\rho _{水}{V\’}=\rho _{水}(1-)L^{3}=1.0\times 10^{3}kg/m^{3}\times 10N/kg\times (1-\frac{3}{5})\times \left(0.1m\right)^{3}=0.4kg
(2)(2)物块AA刚好完全没入水中,受到的浮力等于其重力和弹簧的拉力之和,即物块AA受到的浮力:F\’=ρgL3{F\’}_{浮}=\rho _{水}gL^{3}
弹簧的拉力为:
F=F\’G=kΔx1F={F\’}_{浮}-G=k\Delta x_{1},弹簧的劲度系数为k=FGΔx1=ρgL3mgΔx1=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.1m)30.4kg×10N/kg3cm=2N/cmk=\frac{F{′}_{浮}-G}{Δ{x}_{1}}=\frac{{ρ}_{水}g{L}^{3}-mg}{Δ{x}_{1}}=\frac{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg×(0.1m)^{3}-0.4kg×10N/kg}{3cm}=2N/cm
(3)(3)由题意可知,当弹簧自然伸长时,物块AA25\frac{2}{5}的体积浸入水中,则露出水面高度为35L=35×10cm=6cm\frac{3}{5}L=\frac{3}{5}\times 10cm=6cm
此时水深为20cm20cm,当物块完全浸入水中时,弹簧伸长3cm3cm,则此时水深为:
h=6cm+3cm+20cm=29cm=0.29mh=6cm+3cm+20cm=29cm=0.29m
AA刚好完全没入水中时水产生的压强为:
p1=ρghp_{1}=\rho _{水}gh
对容器受力分析,根据平衡条件有:
Mg+(p1+p0)S=FN1+kΔx1+p0SMg+(p_{1}+p_{0})S=F_{N1}+k\Delta x_{1}+p_{0}S
Mg+p1S=FN1+kΔx1Mg+p_{1}S=F_{N1}+k\Delta x_{1}Mg+ρgh=FN1+kΔx1Mg+\rho _{水}gh=F_{N1}+k\Delta x_{1}
代入数据得:1kg×10N/kg+1.0×103kg/m3×10N/kg×0.29m×5×102m2=FN1+2N/cm×3cm1kg\times 10N/kg+1.0\times 10^{3}kg/m^{3}\times 10N/kg\times 0.29m\times 5\times 10^{-2}m^{2}=F_{N1}+2N/cm\times 3cm
解得地面对容器的支持力为:
FN1=149NF_{N1}=149N
由于物体间力的作用是相互的,所以AA刚好完全没入水中时容器对地面的压力大小为149N149N
答:(1)物块AA的质量为0.4kg0.4kg
(2)(2)弹簧的劲度系数为2N/cm2N/cm
(3)A(3)A刚好完全没入水中时容器对地面的压力大小为149N149N

解析

(1)物块AA排开水的体积为:
V\’=(1)L3{V\’}=\left(1-\right)L^{3}
物块AA受到的浮力为:
F=ρgV\’F_{浮}=\rho _{水}gV\’
弹簧恰好处于自然伸长状态,有F=G=mg=ρgV\’F_{浮}=G=mg=\rho _{水}gV\’
物块AA的质量为:
m=ρV\’=ρ(1)L3=1.0×103kg/m3×10N/kg×(135)×(0.1m)3=0.4kgm=\rho _{水}{V\’}=\rho _{水}(1-)L^{3}=1.0\times 10^{3}kg/m^{3}\times 10N/kg\times (1-\frac{3}{5})\times \left(0.1m\right)^{3}=0.4kg
(2)(2)物块AA刚好完全没入水中,受到的浮力等于其重力和弹簧的拉力之和,即物块AA受到的浮力:F\’=ρgL3{F\’}_{浮}=\rho _{水}gL^{3}
弹簧的拉力为:
F=F\’G=kΔx1F={F\’}_{浮}-G=k\Delta x_{1},弹簧的劲度系数为k=FGΔx1=ρgL3mgΔx1=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.1m)30.4kg×10N/kg3cm=2N/cmk=\frac{F{′}_{浮}-G}{Δ{x}_{1}}=\frac{{ρ}_{水}g{L}^{3}-mg}{Δ{x}_{1}}=\frac{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg×(0.1m)^{3}-0.4kg×10N/kg}{3cm}=2N/cm
(3)(3)由题意可知,当弹簧自然伸长时,物块AA25\frac{2}{5}的体积浸入水中,则露出水面高度为35L=35×10cm=6cm\frac{3}{5}L=\frac{3}{5}\times 10cm=6cm
此时水深为20cm20cm,当物块完全浸入水中时,弹簧伸长3cm3cm,则此时水深为:
h=6cm+3cm+20cm=29cm=0.29mh=6cm+3cm+20cm=29cm=0.29m
AA刚好完全没入水中时水产生的压强为:
p1=ρghp_{1}=\rho _{水}gh
对容器受力分析,根据平衡条件有:
Mg+(p1+p0)S=FN1+kΔx1+p0SMg+(p_{1}+p_{0})S=F_{N1}+k\Delta x_{1}+p_{0}S
Mg+p1S=FN1+kΔx1Mg+p_{1}S=F_{N1}+k\Delta x_{1}Mg+ρgh=FN1+kΔx1Mg+\rho _{水}gh=F_{N1}+k\Delta x_{1}
代入数据得:1kg×10N/kg+1.0×103kg/m3×10N/kg×0.29m×5×102m2=FN1+2N/cm×3cm1kg\times 10N/kg+1.0\times 10^{3}kg/m^{3}\times 10N/kg\times 0.29m\times 5\times 10^{-2}m^{2}=F_{N1}+2N/cm\times 3cm
解得地面对容器的支持力为:
FN1=149NF_{N1}=149N
由于物体间力的作用是相互的,所以AA刚好完全没入水中时容器对地面的压力大小为149N149N
答:(1)物块AA的质量为0.4kg0.4kg
(2)(2)弹簧的劲度系数为2N/cm2N/cm
(3)A(3)A刚好完全没入水中时容器对地面的压力大小为149N149N

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