以下是一些初中浮力與壓強綜合計算題:
1. 一個長方體鐵塊在水中靜止時,有 3/5的體積露出水面,已知鐵的密度為7.8 × 103kg/m3,求這個鐵塊的體積。
2. 某潛水艇在水下航行時,要求同個艙內(nèi)氧氣的質(zhì)量不能超過36kg,已知潛水艇每小時耗氧氣的質(zhì)量為0.6kg,求潛水艇最大下潛深度(g取10N/kg)
3. 如圖所示,木塊A、B疊放在水平桌面上,用彈簧測力計水平向右拉B,使A、B一起向右做勻速直線運動。已知A、B之間不發(fā)生相對滑動,測力計示數(shù)為12N。求:
(1)木塊B受到水平桌面的摩擦力大小和方向;
(2)木塊A與B之間的動摩擦因數(shù)。
4. 如圖所示,容器中裝有適量的水,木塊C漂浮在水面上,如果把容器中的水換成煤油,則木塊C仍能漂浮在煤油面上且不沉底,求木塊C的體積(已知煤油的密度為0.8 × 103kg/m3)
以上題目綜合考查了浮力和壓強的知識,需要同學們根據(jù)題目條件,運用相關(guān)知識解答。
題目:
有一個長方體容器,長10厘米,寬8厘米,高15厘米。里面裝有深度為10厘米的水。現(xiàn)在有一個小物體,其體積為2立方厘米,密度為0.8克/立方厘米。問:這個物體是否會浮在水面上?
分析:
1. 已知容器的長、寬、高以及水的深度,可以求出容器中的水的體積和水的質(zhì)量。
2. 已知物體的體積和密度,可以求出物體的質(zhì)量。
3. 物體放入水中后,會受到浮力作用,浮力的大小取決于液體的密度和物體排開液體的體積(即物體浸入液體中的體積)。
4. 容器中的水對容器底部有壓強,而物體放入水中后也會對容器底部產(chǎn)生壓強。這兩個壓強需要求和才能得到容器中總的壓強。
解:
設(shè)物體放入水中后,浸入水中的深度為h'。根據(jù)浮力公式F =ρgv,其中ρ為液體密度,v為物體排開液體的體積,g為重力加速度,我們有:
F =ρg(V-h'S) = ρgV',其中S為底面積,h'為物體浸入水中的深度,V'為物體在水中排開的液體體積。
對于容器中的水來說,其密度為1克/立方厘米,所以有ρ水gV = mg,其中m為水的質(zhì)量。對于物體來說,其質(zhì)量為ρV = 0.8克/立方厘米 × 2立方厘米 = 1.6克。
將上述兩個式子聯(lián)立并代入上述公式中,我們有:F = ρ水g(V-h'S) = ρ水gV' = mg - ρ水gh'S = m'g - h'pS
其中m'為物體的質(zhì)量,p為液體壓強。
現(xiàn)在我們來求解h'的值。已知物體的體積為2立方厘米,水的深度為10厘米,容器的底面積為長乘寬即8 × 10的負2次方平方米。代入上述公式中可得:F = 1 × 10的負3次方 × (2-h') × 10的負2次方 × 9.8 - h' × 1 × 10的負3次方 × 8 × 10的負2次方 = m'g - h'pS
化簡后可得:h' = (mg - F) / (pS)
將已知量代入上式中可得:h' = (1.6 × 9.8 - F) / (1 × 1 × 10的負3次方 × 8 × 10的負2次方)
其中F為浮力大小。
現(xiàn)在我們來求浮力F。根據(jù)上述公式F =ρ水g(V-h'S),其中ρ水為水的密度,代入已知量可得:F = (1 × 1 × 10的負3次方 × (V-h'S)) = (V-h') × g × S
將已知量代入上式中可得:F = (2-h') × 9.8 × 8 × 10的負2次方 = F - h'pS
將上述兩式聯(lián)立并化簡可得:F = F - h'pS + mgS / S = F - h'p + m
化簡后可得:F = h'p + m - F
將已知量代入上式中可得:F = (mg - F) / (pS) + m - F
化簡后可得:F = m + pS / S
將已知量代入上式中可得:F = m + (1 × 1 × 10的負3次方) × (8 × 10的負2次方) / (8 × 10的負2次方) = m + 1 × 10的負3次方 = m + 1 × 10的負3次方 × (m/V)
化簡后可得:F = m(1 + V/m)
將物體的質(zhì)量和體積代入上式中可得:F = m(1 + V/m) = (m/V)(m+V) = m(m+V)/V > mV/V = m > 1.6克(物體的質(zhì)量)
所以這個物體會在水中浮起來。
總結(jié):通過上述計算可知,