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题目:
【题目描述】
一个边长为a的立方体容器中装有某种液体,其密度为p。在立方体的一个面上放置一个边长为b的小立方体,其密度也为p。小立方体与液体接触的表面积为S。现在将小立方体从液体中取出,液体面下降的高度为h。
【问题】
求小立方体在液体中取出后,液体面下降的高度h与小立方体的体积V的比值。
【解析】
首先,我们需要知道小立方体在液体中放置时的受力情况。小立方体受到液体的压力F,这个压力来自于液体的重力。同时,小立方体也受到液体的浮力F',这个力来自于液体的密度差产生的向上的浮力。
根据受力平衡,我们有:F = F'
小立方体在液体中的体积为V = b^3,而小立方体与液体接触的表面积为S。因此,小立方体在液体中放置时产生的压强为:
P = F / S = (ρVg) / S = (ρb^3g) / S
其中ρ为液体的密度,g为重力加速度。
当小立方体被取出后,液体的压强下降,下降的压强ΔP为:
ΔP = P - P' = (ρb^3g) / S - ρVg = (ρb^3g - ρVg) / S
液面下降的高度h与小立方体的体积V的比值为:
ΔP / h = (ρb^3g - ρVg) / hS = ΔP / S + ρVg / hS
其中ΔP / h表示压强下降与液面下降的比值。化简后得到:
ΔP / h = ρ(b^3 - V)g / hS
因此,小立方体在液体中取出后,液体面下降的高度h与小立方体的体积V的比值为:h / V = ρ(b^3 - V)g / hS。
【答案】
h / V = ρ(b^3 - V)g / hS。其中ρ为液体的密度,g为重力加速度,S为小立方体与液体接触的表面积,b为小立方体的边长。