2023年中考物理复习课件：注水、排水模型的相关计算

专项突破 注水、排水模型的相关计算 微点突破 方法指导 微点1 注水模型分析 1. 注水过程的受力分析(1)物体密度ρ物<ρ水 注:排水为注水的逆过程. (2)物体密度ρ物>ρ水 注:排水为注水的逆过程. 2. 注水引起的液面变化(排水过程为注水的逆过程,ρ物<ρ水) 由状态一→状态二(临界条件:物体对容器底的压力刚好为0):液面高度h1= ;物体排开水的体积V排=S物h1;由状态二→状态三:水的总体积V总=V水+ΔV水;液面高度h′=h1+h2= . 例1 如图甲所示,一个底面积为250 cm2且足够高的柱形容器放在水平桌面上,容器中立放着一个底面积为50 cm2、高为10 cm的均匀实心长方体木块A,A的底部与容器底用一根长为5 cm的细绳连在一起.现慢慢向容器中加水,当水面达到8 cm时,木块A对容器底部的压力刚好为0(如图乙),则木块A的重力为_N;继续向容器中加水至木块刚好全部浸没在水中(如图丙),则再次加入水的质量为_kg.(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg) 4 1.65 思路点拨 第1空:木块A排开水的体积为_m3,木块A受到的浮力为_N,分析受力可知,木块A的重力为_N;第2空:根据几何关系可知,图乙中加入水的体积V水=(S容-SA)h0=_ cm3,图丙中共加入水的体积V水′=S容(hA+l绳)-SAhA=_cm3;则从图乙到图丙,再次加入水的体积为_cm3,则再次加入水的质量为_kg. 4×10-4 4 1600 3 250 1 650 1.65 4 例2 如图所示,正方体木块漂浮在水面上,有 的体积露出水面,不可伸长的细绳恰好处于伸直状态(无拉力),已知细绳能承受的最大拉力为5 N,木块的边长为0.1 m,容器底面积为400 cm2,高为20 cm.打开容器底部的阀门K开始排水,当细绳断裂的瞬间,关闭阀门.则细绳断裂的瞬间,木块受到的浮力为_N,水对容器底部的压力减小 量为_N.(g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3) 3 20 微点2 排水模型分析 随堂练习 1. 一个底面积S1=0.01 m2的不吸水的圆柱体用细线拴在容器底部,长方体容器内部底面积为S2=0.1 m2,水面与圆柱体上表面恰好相平,如图甲所示,现将水缓慢放出,圆柱体底部受到的液体压强p随着容器中水的深度h变化的图像如图乙所示,水的密度ρ水=1.0×103 kg/m3,g=10 N/kg. (1)由图像分析,水的深度为h1、h2、h3中哪一个时,绳子的拉力恰好变为0? h3位置:放水前的起始位置;h3~h2过程:随着液面下降,圆柱体所受浮力变小,绳子的拉力变小;h2位置:绳子拉力为0;h2~h1过程:圆柱体随液面一起下降,圆柱体漂浮;h1位置:圆柱体刚好接触容器底部;h1之后的过程:液面下降,圆柱体所 受浮力逐渐减小,容器底对其支持力 逐渐增加. 思路点拨 解:(1)分析圆柱体受力并结合图可知,水深在h3~h2之间时,所受浮力仍大于其重力,圆柱体所处位置不变,因其浸在水中的体积逐渐变小,因此所受浮力逐渐变小;当水深为h2时,圆柱体所受浮力恰等于其重力,即此时绳子的拉力恰好为0 (2)求圆柱体的重力G和密度ρ物; (2)当容器中水深在h2~h1之间时,圆柱体只受重力G和浮力F1圆柱体的重力G=F1=p1S1=900 Pa×0.01 m2=9 N圆柱体的质量m= =0.9 kg当容器中的水深为h3时,圆柱体受到的浮力F2=p2S1=1 500 Pa×0.01 m2=15 N 圆柱体的体积V=V排= =1.5×10-3 m3 圆柱体的密度ρ物= =0.6×103 kg/m3 (3)若不将水放出,只剪断细线,圆柱体静止后,与剪断细线前相比,液体对容器底部压强减少了多少? (3)剪断绳子后,圆柱体所受浮力F1=G=9 N其浸在水中的体积V1= =9×10-4 m3 则液面下降的高度Δh= =6×10-3 m则液体对容器底部压强减少量 Δp=ρ水gΔh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×6×10-3 m=60 Pa 2.在物理课外拓展活动中,力学兴趣小组的同学进行了如图甲的探究.用细线P将A、B两个不吸水的长方体连接起来,再用细线Q将A、B两物体悬挂放入圆柱形容器中,初始时B物体对容器底的压力恰好为零.从t=0时开始向容器内匀速注水(水始终未溢出),细线Q的拉力FQ随时间t的变化关系如图乙所示.已知A、B 两物体的底面积SA=SB=100 cm2,细线P、Q 不可伸长,细线P长l=8 cm,取g=10 N/kg, ρ水=1.0×103 kg/m3.求: (1)t=10 s时,B物体受到水的浮力; 解:(1)由图甲和乙可知,t=10 s时,B物体受到的浮力FB浮=18 N-12 N=6 N (2)每秒向