Question

16．如圖所示，將一個體積為1.0×10^-3m³、重6N的木塊用細線系在底面積為400cm²的圓柱形容器的底部．當容器中倒入足夠的水使木塊被浸沒時，求：
（1）木塊浸沒在水中受到的浮力？
（2）剪斷細線后，木塊處于靜止時，木塊露出水面的體積多大？
（3）木塊露出水面處于靜止后，容器底部所受水的壓強減小了多少？

Answer 1

分析 （1）已知木塊的體積，則就可以知道它浸沒時排開水的體積，那么知道了V_排和水的密度，則可以根據(jù)阿基米德原理公式就可以算出木塊浸沒在水中時受到的浮力；
（2）由題意可知，剪斷細線后，木塊時漂浮在水面上的，則F_浮=G，知道了木塊受到的浮力大小，就可以根據(jù)阿基米德原理公式的變形式算出此時木塊在水中的V_排，最后用木塊的體積減去V_排就算出了木塊露出水面的體積；
（3）液體壓強公式是P=ρ_液gh，要算容器底部所受水的壓強減小了多少，就需要先算出液面高度下降了多少，而液面下降的高度取決于木塊露出水面的體積，所以用木塊露出水面的體積除以容器的底面積，就可以算出水面減小的高度，從而就可以算出減小的壓強．

解答 解：（1）木塊浸沒在水中時受到的浮力：
F_浮=ρ_水gV_排=1.0×10³kg/m³×10N/kg×1.0×10^-3m³=10N；
（2）因為木塊浸沒在水中時的浮力大于木塊的重力，
所以剪斷細線后，木塊會上浮直至漂浮在水面上，
由于漂浮，所以F_浮′=G=6N，
由F_浮=ρ_水gV_排得排開水的體積：
V_排′=$\frac{{F}_{浮}′}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{6N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=6×10^-4m³，
則V_露=V-V_排′=1.0×10^-3m³-6×10^-4m³=4×10^-4m³；
（3）木塊露出水面處于靜止后，水面下降的高度：
△h=$\frac{{V}_{露}}{{S}_{容器}}$=$\frac{4×1{0}^{-4}{m}^{3}}{400×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=0.01m，
則容器底部所受水的壓強減小了：△p=ρ_水g△h=1.0×10³kg/m³×10N/kg×0.01m=100Pa．
答：（1）木塊浸沒在水中受到的浮力為10N．
（2）剪斷細線后，木塊處于靜止時，木塊露出水面的體積為4×10^-4m³．
（3）木塊露出水面處于靜止后，容器底部所受水的壓強減小了100Pa．

點評 本題考查了阿基米德原理、物體的浮沉條件及其應用、液體壓強公式的計算，本題中的第（2）問要把握漂浮時，物體受到的浮力等于重力，本題中的第（3）問要把握V_排的變化會引起h的變化．