一个密度为2×103千克/米3的圆柱体高10厘米,用一根弹簧把它吊起来,让它的一半浸没在水中(盛水的容器很大),此时弹簧比原长伸长了8厘米(已知弹簧的伸长量与所受的拉力成正比,即F=k△x,k对给定的弹簧来说是常数,△x是弹簧的伸长量),现再往容器中注入密度为0.8×103千克/米3的油,并超过圆柱顶.问此时弹簧的伸长是多少?
解:设圆柱体的横截面积为S,ρ为圆柱体密度,x1为容器中是水时弹簧伸长8,x2为容器中是水和油时弹簧伸长量,则
ρgSh-ρ水gS×h=kx1------------①
ρgSh-ρ水gS[h-(x1-x2)]-ρ油gS[h+(x1-x2)]=kx2--------②
①除以②得:=
(2×103kg/m3×0.1m-×103kg/m3×0.1m)x2=[2×103kg/m3×0.1m-×103kg/m3×0.1m+103kg/m3×(0.08m-x2)-×800kg/m3×0.1m-800kg/m3×(0.08m-x2)]×0.08m
解之:x2=6.07cm.
答:此时弹簧的伸长是6.07cm.
当圆柱体一半浸没在水中时,圆柱体受到重力、浮力和拉力作用,并且竖直向下的重力等于竖直向上的拉力和浮力之和,列出关系式;
当再往容器中注入密度为0.8×103千克/米3的油,并超过圆柱顶时,圆柱体仍然受到重力、浮力和拉力,并且竖直向下的重力仍然等于竖直向上的拉力和浮力之和,列出关系式;
联立关系式解之即可.
点评:本题考查了阿基米德原理、密度、重力公式的灵活运用,关键是会对物体进行受力分析,根据平衡状态列出等价关系式,计算过程还要注意单位的换算.