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求解浮力和液体压强的相关问题是物理中考的常考题型,本文就例题详细解析这类题型的解题方法,希望能给初三学生的物理学习带来帮助。
例题
如图所示,一个底面积为2m^2的圆柱状容器,装有适量的水,现将一个底面积为0.5m^2、体积为5m^3的物体A放入其中,物体A漂浮于水面上,当再给A物体施加一个竖直向下的大小不变的力F以后,A物体最终恰好浸没于水中静止,此时容器底部受到的压强增大了1×10^4Pa(g=10N/kg),求:从A物体漂浮水面到浸没水中静止过程中力F做了多少功?
解题过程:
根据液体压强的公式和题目中的条件:容器底部受到的压强增大了△P=1×10^4Pa,水的密度ρ水=1×10^3kg/m^3,△P=ρ水g△h,则水面上升的高度△h=△P/ρ水g=1m;
根据题目中的条件和结论:圆柱状容器的底面积S1=2m^2,水面上升的高度△h=1m,则A物体漂浮时露出水面部分的体积V1=S1*△h=2m^3;
根据题目中的条件和结论:A物体的体积V=5m^3,A物体漂浮时露出水面部分的体积V1=2m^3,则A物体漂浮时排开水的体积V2=V-V1=3m^3;
根据浮力的公式和结论:A物体漂浮时排开水的体积V2=V-V1=3m^3,水的密度ρ水=1×10^3kg/m^3,则A物体漂浮时受到的浮力F浮=ρ水gV2=3×10^4N;
根据物体平衡的条件:A物体漂浮时,受到竖直向下的重力G和竖直向上的浮力F浮,F浮=3×10^4N,则A物体的重力G=3×10^4N;
根据浮力的公式和结论:A物体浸没时排开水的体积V=5m^3,水的密度ρ水=1×10^3kg/m^3,则A物体浸没时受到的浮力F浮=ρ水gV=5×10^4N;
根据物体平衡的条件::A物体漂浮时,受到竖直向下的重力G、压力F和竖直向上的浮力F浮,F浮=5×10^4N,G=3×10^4N,则G+F=F浮,即压力F=2×10^4N;
根据题目中的条件和结论:A物体漂浮时露出水面部分的体积V1=2m^3,A物体的底面积S2=0.5m^2,则A物体漂浮时露出水面的高度h1=V1/S2=4m;
根据结论:A物体漂浮时露出水面的高度h1=4m,水面上升的高度△h=1m,则压力F作用的距离s=h1-△h=3m;
根据功的公式和结论:压力F=2×10^4N,压力F作用的距离s=3m,则压力F做的功W=F*s=6×10^4J。
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结语
解决本题的关键是根据液体压强公式求得水面高度的变化,进而求得排开水的体积,结合浮力公式就可以求得浮力,再根据物体平衡条件可以得到物体的重力、压力,进而求得压力所做的功。