电子课本网 第95页

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液体密度
在左右容器内
加水,使探头到液面的深度相同
U形管两侧液面高度差相同
4.00
​$0.88×10^5$​
排尽筒内空气

解:​$(1)$​由题意可得,因为​$ρ_{甲}∶ρ_{乙}=3∶5。$​所以乙的密度​$ρ_{乙}=\frac 53ρ_{甲}=\frac 53×0.6\ \mathrm {g/cm}^3=1.0\ \mathrm {g/cm}^3,$​乙的底面积​$S_{乙}=2S_{甲}=2×100\ \mathrm {cm}^2=200\ \mathrm {cm}^2,$​则乙的体积​$V_{乙}=S_{乙}h_{乙}=200\ \mathrm {cm}^2×12\ \mathrm {cm}=2400\ \mathrm {cm}^3,$​由​$ρ=\frac {m}{V}$​可得,乙的质量​$m_{乙}=ρ_{乙}V_{乙}=1.0\ \mathrm {g/cm}^3×2400\ \mathrm {cm}^3=2400\ \mathrm {g}=2.4\ \mathrm {kg}$​
​$(2)$​甲的体积​$V_{甲}=S_{甲}h_{甲}=100\ \mathrm {cm}^2×15\ \mathrm {cm}=1500\ \mathrm {cm}^3,$​由​$ρ=\frac {m}{V}$​可得,甲的质量​$m_{甲}=ρ_{甲}V_{甲}=0.6\ \mathrm {g/cm}^3×1500\ \mathrm {cm}^3=900\ \mathrm {g}=0.9\ \mathrm {kg};$​现将甲物块叠放在乙物块上方,对地面的压力​$F=G_{总}=(m_{甲}+m_{乙})g=(2.4\ \mathrm {kg}+0.9\ \mathrm {kg})×10\ \mathrm {N/kg}=33\ \mathrm {N},$​乙物块对水平地面的压强​$p=\frac {F}{S}=\frac {33\ \mathrm {N}}{200×10×10^{-4}\ \mathrm {m^2}}=1650\ \mathrm {Pa}$​
​$(3)$​根据规则柱体对水平地面的压强​$p=\frac {F}{S}=\frac {G}{S}=\frac {mg}{S}=\frac {ρVg}{S}=\frac {ρShg}{S}=ρgh $​得甲、乙物块对水平地面的压强分别为​$p_{甲}=ρ_{甲}gh_{甲}=0.6×10^3\ \mathrm {kg/m}^3×10\ \mathrm {N/kg}×15×10^{-2}\ \mathrm {m}=900\ \mathrm {Pa},$​​$p_{乙}=ρ_{乙}gh_{乙}=1.0×10^3\ \mathrm {kg/m}^3×10\ \mathrm {N/kg}×12×10^{-2}\ \mathrm {m}=1200\ \mathrm {Pa},$​因为​$p_{甲}<p_{乙},$​所以将乙物块沿水平方向切下一部分,切下的部分放在甲物块上,有可能使得此时甲、乙物块对水平面的压强相等;将乙物块沿水平方向切下高度为​$h'$​的部分,切下的部分放在甲物块上,则切去部分的重力​$∆G_{乙}=∆m_{乙}g=ρ_{乙}∆V_{乙}g=ρ_{乙}S_{乙}h'g,$​此时甲物块对水平面上的压力​$F_{甲}=G_{甲}+∆G_{乙}=ρ_{甲}S_{甲}h_{甲}g+ρ_{乙}S_{乙}h'g,$​此时甲物块对水平面的压强​$ p_{甲}'=\frac {F_{甲}}{S_{甲}}=\frac {ρ_{甲}S_{甲}gh_{甲}+ρ_{乙}gh'S_{乙}}{S_{甲}}=ρ_{甲}gh_{甲} +\frac {S_{乙}}{S_{甲}}ρ_{乙}gh'=\frac 35ρ_{乙}gh_{甲}+2ρ_{乙}gh',$​此时乙物块对水平面的压强​$p_{乙}'=ρ_{乙}\ \mathrm {g}(h_{乙}−h'),$​因此时甲、乙物块对水平面的压强相等,则有​$\frac 35ρ_{乙}gh_{甲}+2ρ_{乙}gh'=ρ_{乙}g(h_{乙}−h'),$​解得:​$h'=\frac 13h_{乙}−\frac 15h_{甲}=\frac 13×12\ \mathrm {cm}−\frac 15×15\ \mathrm {cm}=4\ \mathrm {cm}−3\ \mathrm {cm}=1\ \mathrm {cm}$​