如图所示,一根弹簧原长15厘米,其下端固定在容器底部,上端连接一个边长为4厘米的正方体实心木块,向容器里注水,当水深达到18厘米时,木块一半浸入水中;当水深达到22厘米时,木块
问题描述:
如图所示,一根弹簧原长15厘米,其下端固定在容器底部,上端连接一个边长为4厘米的正方体实心木块,向容器里注水,当水深达到18厘米时,木块一半浸入水中;当水深达到22厘米时,木块上表面正好与水面相平,求木块的密度.
答
当木块全部浸没时受到的浮力F浮全=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.04m)3=0.64N;
木块一半浸入水中,受到的浮力F浮半=
F浮=1 2
×0.64N=0.32N;1 2
当水深达到18厘米时,弹簧的伸长量为L1=18cm-2cm-15cm=1cm;
当水深达到22厘米时,弹簧的伸长量为L2=22cm-4cm-15cm=3cm;
当水深达到18厘米和22厘米时,木块都受到竖直向下的重力G、弹簧的拉力F和竖直向上的浮力F浮的作用,木块受力平衡,所以G+F=F浮,所以F=F浮-G;
水深分别达到18厘米和22厘米时,浮力增加了△F浮=F浮全-F浮半=0.64N-0.32N=0.32N;
∴拉力增加了△F=△F浮=0.32N;
∴弹簧伸长2厘米是受到的拉力为0.32N;
∴当水深达到18厘米时,拉力F1=
×1cm=0.16N,0.32N 2cm
∴G=F浮半-F1=0.32N-0.16N=0.16N,
∴木块的质量m=
=G g
=0.016kg,0.16N 10N/kg
∴木块的密度ρ木=
=m V
=0.25×103kg/m3.0.016kg (0.04m)3
答:木块的密度为0.25×103kg/m3.