如图*所示,一个边长为1m的正方体静止在湖底,上表面离水面深度为h。现用一根轻质细绳(绳子的粗细和重力均不考虑...
问题详情:
如图*所示,一个边长为1m的正方体静止在湖底,上表面离水面深度为h。现用一根轻质细绳(绳子的粗细和重力均不考虑)均匀用力将该物体从水中竖直向上拉,在整个拉动过程中物体始终保持匀速运动,其中拉力F的大小随时间t变化的关系如图乙所示。(取g=10N/kg,ρ水=1×103kg/m3)求:
(1)物体浸没在水中时,所受浮力大小与水深_____(选填“有关”、“无关”或“随深度的增大而增大”),物体在刚要露出水面时,所受到水的浮力是多少N?_____
(2)物体在露出水面前受到绳子的拉力是多少N?_____
(3)物体的密度是多少kg/m3?_____
(4)物体在水底时,上表面受到水的压强是多少Pa?_____
【回答】
无关; 1×104N; 2×104N; 3×103kg/m3; 3×104Pa
【详解】
(1)由阿基米德原理知道,
所以,物体浸没在水中时,液体密度和排开水的体积不变,故所受浮力不变,即所受浮力大小与水深无关。
物体的体积
V=(1m)3 =1m3
物体在露出水面前排开水的体积
V排 =V=1m3
物体在露出水面前受到水的浮力
F浮 =ρ水 gV排 =1.0×103 kg/m3 ×10N/kg×1m3 =1×104 N
(2)由图像知道,物体在露出水面前受到绳子的拉力是2×104N。
(3)完全拉出水面时的拉力
F=G=3×104 N
由G=mg知道,物体的质量
物体的密度
(4)物体从刚要露出水面到完全拉出水面,所用的时间是
40s-30s=10s
通过的距离是1m,由知道,物体运动的速度是
由图乙知道,物体从湖底上升至上表面到达水面用时30s,所以,物体静止在湖底时其上表面所处的深度
h=vt=0.1m/s×30s=3m
所以,物体在水底时,上表面受到水的压强是
p=ρgh=1.0×103 kg/m3 ×10N/kg×3m=3×104 Pa
答:(1)物体浸没在水中时,所受浮力大小与水深无关物体在刚要露出水面时,所受到水的浮力是1×104N;
(2)物体在露出水面前受到绳子的拉力是2×104N ;
(3)物体的密度是3×103kg/m3;
(4)物体在水底时,上表面受到水的压强是3×104 Pa。
知识点:液体压强
题型:计算题
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