底面積分別為4×10-2米2和1×10-2米2的甲、乙兩個容器分別盛有相同深度的酒精和水,如圖所示,通過測量得到甲容器內酒精的體積為2×10-2米3.
(酒精的密度為0.8×103千克/米3)
求:
(1)甲容器內酒精的質量m.
(2)乙容器底部受到的水的壓強p.
(3)某同學在兩容器中分別抽去相同體積的液體后,剩余部分的液體對甲、乙容器底部的壓強分別為p甲′和p乙′,請通過計算比較它們的大小關系及其對應的V的取值范圍.
解:
(1)甲容器中酒精的質量為
m酒=ρ酒V酒=0.8×103kg/m3×2×10-2m3=16kg
(2)乙容器中水的深度為
h水=h酒===0.5m
乙容器底受到水的壓強為
P水=ρ水gh水=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×0.5m=4.9×103Pa
(3)原來乙容器中水的體積為V水=S水h水=1×10-2m2×0.5m=0.5×10-2m3
在兩容器中分別抽去相同體積的液體后,受力面積不變,
酒精對甲容器底的壓力F甲′=G酒′=ρ酒gV酒′=ρ酒g(V酒-V)
酒精對甲容器底的壓強為P甲′==
水對乙容器底的壓力F乙′=G水′=ρ水gV水′=ρ水g(V水-V)
水對乙容器底的壓強為P乙′==
∵P酒′=P水′,
即:=
解得:V=1.25×10-3m3,
若P甲′>P乙′,V<1.25×10-3m3;
若P甲′<P乙′,V>1.25×10-3m3.
答:
(1)甲容器內酒精的質量為16kg;
(2)乙容器內水的壓強為4.9×103Pa;
(3)若P甲′>P乙′,V<1.25×10-3m3;若P甲′<P乙′,V>1.25×10-3m3.
(1)已知酒精的密度和體積,利用公式m=ρV可以得到酒精的質量;
(2)已知甲容器的底面積和所盛酒精的體積,可以得到酒精的深度,也就得到了乙容器中水的深度;已知水的深度和密度,利用公式P=ρgh計算乙容器底受到的壓強;
(3)在兩容器中分別抽去相同體積的液體后,受力面積不變,求出剩余部分對容器底的壓力、壓強;根據剩余部分對容器底的壓強相等,列出方程求V的大小;進而得出它們對容器底的壓強大小關系及其對應的V的取值范圍.
點評:此題考查了學生對密度公式、壓強公式、液體壓強公式的掌握和運用,對于直壁容器(圓柱形、正方體、長方體)液體對容器底的壓力F=G、壓強p=,用好這個特殊的規律.