以下是一些初中浮力与压强综合计算题:
1. 一个长方体铁块在水中静止时,有 3/5的体积露出水面,已知铁的密度为7.8 × 10³kg/m³,求这个铁块的体积。
2. 某潜水艇在水下航行时,要求同个舱内氧气的质量不能超过36kg,已知潜水艇每小时耗氧气的质量为0.6kg,求潜水艇最大下潜深度(g取10N/kg)
3. 如图所示,木块A、B叠放在水平桌面上,用弹簧测力计水平向右拉B,使A、B一起向右做匀速直线运动。已知A、B之间不发生相对滑动,测力计示数为12N。求:
(1)木块B受到水平桌面的摩擦力大小和方向;
(2)木块A与B之间的动摩擦因数。
4. 如图所示,容器中装有适量的水,木块C漂浮在水面上,如果把容器中的水换成煤油,则木块C仍能漂浮在煤油面上且不沉底,求木块C的体积(已知煤油的密度为0.8 × 10³kg/m³)
以上题目综合考查了浮力和压强的知识,需要同学们根据题目条件,运用相关知识解答。
题目:
有一个长方体容器,长10厘米,宽8厘米,高15厘米。里面装有深度为10厘米的水。现在有一个小物体,其体积为2立方厘米,密度为0.8克/立方厘米。问:这个物体是否会浮在水面上?
分析:
1. 已知容器的长、宽、高以及水的深度,可以求出容器中的水的体积和水的质量。
2. 已知物体的体积和密度,可以求出物体的质量。
3. 物体放入水中后,会受到浮力作用,浮力的大小取决于液体的密度和物体排开液体的体积(即物体浸入液体中的体积)。
4. 容器中的水对容器底部有压强,而物体放入水中后也会对容器底部产生压强。这两个压强需要求和才能得到容器中总的压强。
解:
设物体放入水中后,浸入水中的深度为h'。根据浮力公式F =ρgv,其中ρ为液体密度,v为物体排开液体的体积,g为重力加速度,我们有:
F =ρg(V-h'S) = ρgV',其中S为底面积,h'为物体浸入水中的深度,V'为物体在水中排开的液体体积。
对于容器中的水来说,其密度为1克/立方厘米,所以有ρ水gV = mg,其中m为水的质量。对于物体来说,其质量为ρV = 0.8克/立方厘米 × 2立方厘米 = 1.6克。
将上述两个式子联立并代入上述公式中,我们有:F = ρ水g(V-h'S) = ρ水gV' = mg - ρ水gh'S = m'g - h'pS
其中m'为物体的质量,p为液体压强。
现在我们来求解h'的值。已知物体的体积为2立方厘米,水的深度为10厘米,容器的底面积为长乘宽即8 × 10的负2次方平方米。代入上述公式中可得:F = 1 × 10的负3次方 × (2-h') × 10的负2次方 × 9.8 - h' × 1 × 10的负3次方 × 8 × 10的负2次方 = m'g - h'pS
化简后可得:h' = (mg - F) / (pS)
将已知量代入上式中可得:h' = (1.6 × 9.8 - F) / (1 × 1 × 10的负3次方 × 8 × 10的负2次方)
其中F为浮力大小。
现在我们来求浮力F。根据上述公式F =ρ水g(V-h'S),其中ρ水为水的密度,代入已知量可得:F = (1 × 1 × 10的负3次方 × (V-h'S)) = (V-h') × g × S
将已知量代入上式中可得:F = (2-h') × 9.8 × 8 × 10的负2次方 = F - h'pS
将上述两式联立并化简可得:F = F - h'pS + mgS / S = F - h'p + m
化简后可得:F = h'p + m - F
将已知量代入上式中可得:F = (mg - F) / (pS) + m - F
化简后可得:F = m + pS / S
将已知量代入上式中可得:F = m + (1 × 1 × 10的负3次方) × (8 × 10的负2次方) / (8 × 10的负2次方) = m + 1 × 10的负3次方 = m + 1 × 10的负3次方 × (m/V)
化简后可得:F = m(1 + V/m)
将物体的质量和体积代入上式中可得:F = m(1 + V/m) = (m/V)(m+V) = m(m+V)/V > mV/V = m > 1.6克(物体的质量)
所以这个物体会在水中浮起来。
总结:通过上述计算可知,