底面积分别为4×10-2米2和1×10-2米2的甲、乙两个容器分别盛有相同深度的酒精和水,如图所示,通过测量得到甲容器内酒精的体积为2×10-2米3.
(酒精的密度为0.8×103千克/米3)
求:
(1)甲容器内酒精的质量m.
(2)乙容器底部受到的水的压强p.
(3)某同学在两容器中分别抽去相同体积的液体后,剩余部分的液体对甲、乙容器底部的压强分别为p甲′和p乙′,请通过计算比较它们的大小关系及其对应的V的取值范围.
解:
(1)甲容器中酒精的质量为
m酒=ρ酒V酒=0.8×103kg/m3×2×10-2m3=16kg
(2)乙容器中水的深度为
h水=h酒===0.5m
乙容器底受到水的压强为
P水=ρ水gh水=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×0.5m=4.9×103Pa
(3)原来乙容器中水的体积为V水=S水h水=1×10-2m2×0.5m=0.5×10-2m3
在两容器中分别抽去相同体积的液体后,受力面积不变,
酒精对甲容器底的压力F甲′=G酒′=ρ酒gV酒′=ρ酒g(V酒-V)
酒精对甲容器底的压强为P甲′==
水对乙容器底的压力F乙′=G水′=ρ水gV水′=ρ水g(V水-V)
水对乙容器底的压强为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)甲容器内酒精的质量为16kg;
(2)乙容器内水的压强为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)已知酒精的密度和体积,利用公式m=ρV可以得到酒精的质量;
(2)已知甲容器的底面积和所盛酒精的体积,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计算乙容器底受到的压强;
(3)在两容器中分别抽去相同体积的液体后,受力面积不变,求出剩余部分对容器底的压力、压强;根据剩余部分对容器底的压强相等,列出方程求V的大小;进而得出它们对容器底的压强大小关系及其对应的V的取值范围.
点评:此题考查了学生对密度公式、压强公式、液体压强公式的掌握和运用,对于直壁容器(圆柱形、正方体、长方体)液体对容器底的压力F=G、压强p=,用好这个特殊的规律.