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小专题——压强浮力(弹簧伸缩问题)
弹簧伸缩问题在近年各地的中考频繁出现,尤其在力学压强浮力的压轴题当中更是混杂弹簧伸缩问题成为一种考查方式,而学生在解决这类问题时往往不能全面分析,更有甚者是无所适从。弹簧伸缩问题的难点在于弹簧的长度变化和液面的变化是动态的,要解决这类问题需尽可能的将动态变化转化为静态变化,静态分析弹簧的长度变化和液面变化,从而化难为简准确全面的分析达到解决问题的目的。
1、加水问题
(1)明确弹簧的受力情况和伸缩变化量之间的关系,这是解决这一问题的关键;
(2)对物体加水前进行受力分析,明确物体受到弹簧的作用力的方向,进而明确弹簧是伸长还是压缩;
(3)分析物体在加水后深度的变化量进而分析物体受到的浮力的变化量;
(4)根据浮力的变化量明确弹簧的伸缩量;
(5)水位变化量就是加水深度的变化量和弹簧的伸缩量之和。
水位变化量h=h1+h2
加水体积V=S容h2+(S容-SA)h1
2、放水问题(与加水问题思路相同,不再重复叙述)
例题:
1、如图甲所示,底面积为200cm2、重10N的足够高的薄壁圆柱形容器放在水平地面上,在容器底部固定一轻质弹簧,弹簧上端连有一边长为0.1m的正方体物块A,当容器中水的深度为20cm时,物块A有1/2的体积露出水面,此时弹簧恰好处于原长状态。整个过程中弹簧受到的拉力跟弹簧的伸长量关系如图乙所示,求:
(1)物块A受到的浮力;
(2)物块A的密度;
(3)往容器缓慢加水至物块A恰好浸没时,所加水的质量;
(4)当A恰好浸没时,水对容器底的压强的变化量;
(5)当A恰好浸没时,容器对地面的压强。
2、底面积为400cm2、重2N的薄壁圆柱形容器放在水平地面上,用原长为16cm的弹簧将边长为10cm的正方体A的下表面中点与容器底部相连,向容器内加水至A刚好浸没,如图甲所示,此时弹簧长18cm,A对弹簧的拉力为F1。现打开阀门B缓慢放水,已知弹簧受力F的大小与弹簧长度的变化量Δx间的关系如图乙所示。不计弹簧的体积及其所受的浮力。求:
(1)物体A浸没时受到的浮力;
(2)正方体A的密度;
(3)当A恰好完全露出水面时关闭阀门B,从开始放水到关闭阀门B,放出水的质量;
(4)当A恰好完全露出水面时关闭阀门B,水对容器底的压强;
(5)当A恰好完全露出水面时关闭阀门B,容器对地面的压强;
(6)当A对弹簧的作用力大小再次等于F