Question

將圓柱體B豎立在圓柱形容器A的水平底面上，圓柱體B對(duì)容器A的底面的壓強(qiáng)為p₀．向容器A內(nèi)緩慢注水，記錄注入水的質(zhì)量m和所對(duì)應(yīng)的水對(duì)容器A底面的壓強(qiáng)p，記錄的數(shù)據(jù)如下表所示．已知圓柱體B的體積為2800cm³，則p₀等于

 

Pa．（g取10N/kg）

m/g	1000	2000	3000	4300	5900	7500
p/Pa	400	800	1200	1600	2000	2400

Answer 1

分析：首先根據(jù)p=ρgh求出水的深度；然后根據(jù)m=ρV求出水的體積，再根據(jù)V=Sh求出容器和圓柱體的底面積；根據(jù)水的深度和圓柱體的高度比較得出圓柱體所處的狀態(tài)，根據(jù)m=ρV求出圓柱體排開(kāi)水的體積，進(jìn)而根據(jù)G=F浮=ρ_水gV_排求出圓柱體的重力，圓柱體對(duì)容器底的壓力等于其重力，根據(jù)p=

F

S

求出圓柱體對(duì)容器底的壓強(qiáng)．

解答：解：∵p=ρgh，∴h=

p

ρg

，
則分別計(jì)算出加水時(shí)水的深度：
h₁=

p1

ρg

=

400Pa

1×103kg/m3×10N/kg

=0.04m=4cm；
同理得：h₂=8cm；
h₃=12cm；
h₄=16cm；
h₅=20cm；
h₆=24cm；
對(duì)表格中數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及各狀態(tài)分析如下：

m/g	1000	2000	3000	4300	5900	7500
p/Pa	400	800	1200	1600	2000	2400
h/cm	4	8	12	16	20	24
△h/cm	4
△m/g	1000			1600
加水情況圖示	①	②	③	或 ④	⑤	或⑥

①～③，m與h成正比，③～④，m與h不成正比，說(shuō)明物體可能已經(jīng)漂浮或已經(jīng)全部浸沒(méi)，④～⑥△m與△h成正比．
圖④～⑤中，增加水的質(zhì)量：△m_④～⑤=ρS_A△h_④～⑤，
∴容器的底面積：S_A=

△m④～⑤

ρ△h④～⑤

=

1600g

1g/cm3×4cm

=400cm²，
圖①中，水的質(zhì)量：m₁=ρV₁=ρ（S_A-S_B）h₁，
∴圓柱體的底面積：S_B=S_A-

m1

ρh1

=400cm²-

1000g

1g/cm3×4cm

=150cm²，
∵圓柱體的高度：h_B=

VB

SB

=

2800cm3

150cm2

≈18.7cm＞h₄=16cm，
∴從③到④的過(guò)程中，圓柱體已經(jīng)漂浮，并不是完全浸沒(méi)在水中，
由圖④可知，m₄=ρ（S_Ah₄-V_排），
∴圓柱體排開(kāi)水的體積：
V_排=S_Ah₄-

m4

ρ

=400cm²×16cm-

4300g

1g/cm3

=2100cm³=2.1×10^-3m³，
圓柱體B的重力：G_B=F_浮=ρgV_排=1×10³kg/m³×10N/kg×2.1×10^-3m³=21N，
圓柱體在圓柱形容器A的水平底面上時(shí)，對(duì)容器底的壓力：
F_B=G_B=21N，
圓柱體B對(duì)容器A底面的壓強(qiáng)：
p₀=

FB

SB

=

21N

0.015m2

=1400Pa．
故答案為：1400．

點(diǎn)評(píng)：此題主要考查的是學(xué)生對(duì)液體壓強(qiáng)、浮力、密度、固體壓強(qiáng)計(jì)算公式的理解和掌握，綜合性較強(qiáng)，弄明白圓柱體在水中的狀態(tài)是解決此題的關(guān)鍵．