浮力与液体压强实际应用题是物理考试中的一个重要题型,本文就例题详细讲解这类题型的解题思路,希望能给大家期末复习备考带来帮助。

例题1

如图所示,是小婷为防止家中停水而设计的贮水箱.当水箱中水深达到1.2m时,浮子A恰好堵住进水管,使其停止向箱内放水,此时浮子A有1/5体积露出水面(浮子A只能沿图示位置的竖直方向移动).进水管口水的压强为1.2×10^5 Pa,管口横截面积为2.5 cm²,贮水箱底面积为 0.8 m²,浮子A重10 N.(g取10 N/kg,ρ水=1×10³ kg/m³)。

求:(1)此时浮子A受到的浮力为多大?

(2)浮子A的密度是多少?

浮力与液体压强真题解析及解题思路


1、计算浮子A受到的浮力

对浮子A进行受力分析,在竖直方向上受到竖直向下的重力G、进水管中水的压力F压和竖直向上的浮力F浮。

根据物体受力平衡的条件:浮子处于静止状态,即为平衡状态,则竖直方向上受力和为零,即G+F压=F浮。

根据压力的计算公式和题目中的条件:F压=PS,P=1.2×10^5 Pa,S=2.5cm²=0.00025m²,则F压=30N。

根据题目中的条件和结论:G+F压=F浮,F压=30N,G=10N,则F浮= G+F压=40N。

2、计算浮子A的密度

根据题目中的条件:浮子A有1/5体积露出水面,则V排=4/5V。

根据浮力的计算公式和题目中的条件:F浮=ρ水gV排,V排=4/5V,则F浮=4/5ρ水gV。

根据题目中的条件和结论:F浮=4/5ρ水gV,ρ水=1×10³ kg/m³,F浮=40N,则V=0.005 m³。

根据重力的计算公式、题目中的条件和结论:G=ρgV,V=0.005 m³,G=10N,则ρ= G/gV=200kg/m³。

例题2

如图所示为某公共卫生间的冲水装置原理图.浮子A是边长为20 cm的正方体,盖片B的质量为1 kg,表面积为100 cm²,厚度不计,连接AB的杆长为20 cm,体积和质量都不计.当供水管流进水箱的水刚好浸没浮子A时,盖片B被拉开,水通过排水管实现自动冲洗(水的密度为1×10³ kg/m³,g取10 N/kg),求:

浮力与液体压强真题解析及解题思路


(1)当水箱的水刚好浸没浮子A,盖片B将被拉开时,水对盖片B的压力是多少?

(2)浮子A的密度是多少?

1、计算水对盖片B的压力

根据题目中的条件:水刚好浸没浮子A,d=20cm=0.2m,杆长L=20cm=0.2m,h=d+L,则水面高度h=0.4m。

根据液体压强的计算公式、题目中的条件和结论:P=ρ水gh,ρ水=1×10³ kg/m³,h=0.4m,则水对盖片B的压强P=4000Pa。

根据压力的计算公式、题目中的条件和结论:F压=PS,P=4000Pa,S=100cm²=0.01m²,则F压=40N。

2、计算浮子A的密度

把浮子A、盖片B作为一个整体进行受力分析,在竖直方向上受到竖直向下的重力和(包括浮子A的重力G1、盖片B的重力G2)、水对盖片B的压力F压和竖直向上的浮力F浮。因为盖片B将被拉开,所以水箱底部对盖片的支持力为零。

根据物体受力平衡的条件:系统处于静止状态,即为平衡状态,则竖直方向上的受力和为零,即G1+ G2+F压=F浮。

根据体积的计算公式和题目中的条件:V=d³,d=20cm=0.2m,则V=0.008m³。

根据题目中的条件和结论:水刚好浸没浮子A,V=0.008m³,则V排=V=0.008m³。

根据浮力的计算公式、题目中的条件和结论:F浮=ρ水gV排,V排=0.008m³,ρ水=1×10³ kg/m³,则浮子A受到的浮力F浮=80N。

根据重力的计算公式和题目中的条件:G2=m2g,m2=1 kg,则G2=10N。

根据结论:G1+ G2+F压=F浮,F浮=80N,G2=10N,F压=40N,则G1= F浮- G2- F压=30N。

根据重力的计算公式和结论:G1=ρ1gV,G1=30N,V=0.008m³,则ρ1= G1/gV=375kg/m³。

结语

浮力与液体压强实际应用题的解题思路:

找到系统中运用浮力及液体压强原理的那部分作为受力分析对象。

根据物体受力平衡的条件,确定受力分析对象所受各个力的数量关系。

利用力学计算公式,求解公式中相关物理量的值,进而得到题目中需要求解的物理量的值。

浮力与液体压强真题解析及解题思路