水平桌面上放置一个底面半径为2r、高为2h的圆柱形薄壁开口容器如图所示,将高为h=10cm、半径为r、底面积为20cm2

水平桌面上放置一个底面半径为2r、高为2h的圆柱形薄壁开口容器如图所示,将高为h=10cm、半径为r、底面积为20cm2的圆柱体木块竖直放在容器中,木块的密度ρ=0.5ρ,然后向容器内注水,若要使木
块竖直漂浮(木块吸水忽略不计),则向容器中注入水的质量范围是______kg.
lanse_xiaoyao 1年前 已收到1个回答 举报

koes 幼苗

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解题思路:若使木块竖直漂浮,注入水的质量最少,即木块与容器底接触且木块对容器底的压力恰好为零,此时木体所受的浮力等于自身的重力;根据公式F=ρgV可求木块排开水的体积;从而求出木块浸入水中的深度;根据公式V=Sh可求注入水的体积;根据公式m=ρV可求注入最少水的质量.
注入水的质量最多时,水刚好不会溢出,根据公式V=Sh可求注入水的体积;根据公式m=ρV可求注入最多水的质量.

当木块与容器底接触且木块对容器底的压强恰好为零时,此时注入水的质量最少,
F=G=mg=ρShg=0.5×103kg/m3×20×10-4m2×0.1m×9.8N/kg=0.98N,
木块排开水的体积:
V=
F浮
ρ水g=
0.98N
103kg/m3×9.8N/kg=10-4m3=100cm3
木块浸入水中的深度:
h=
V排
S木=
100cm3
20cm2=5cm,
∵容器的半径为2r,圆柱体木块的半径为r
∴容器的底面积S=4S=4×20cm2=80cm2
注入水的体积为:
V=(S-S)h=(80cm3-20cm3)×5cm=300cm3
注入最少水的质量:
mV=1g/cm3×300cm3=300g=0.3kg;
当水注满时,注入水的质量最多;此时注入水的体积为:V′=S(2h-h)+V=80cm2×(2×10cm-5cm)+300cm3=1500cm3
注入最多水的质量:
m′=ρV′=1g/cm3×1500cm3=1500g=1.5kg;
故向容器中注入水的质量范围是0.3~1.5kg.
故答案为:0.3~1.5.

点评:
本题考点: 物体的浮沉条件及其应用.

考点点评: 本题考查了学生对密度公式、重力公式、阿基米德原理、物体的漂浮条件的掌握和运用,难点注入水的质量最少和最多情况的分析,知道要使木块竖直漂浮,注入水的质量最少,木块与容器底接触且木块对容器底的压力恰好为零;注入水的质量最多时,水刚好注满,是本题的关键.

1年前

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