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某食盐溶液的密度随深度h而变化,其变化规律为ρ=ρ0+kh,式中ρ0=1.0×103kg/m3,k=0.01×105kg/m4.向溶液中投放两只用一根10cm长的线系

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解决时间 2021-04-13 05:24
某食盐溶液的密度随深度h而变化,其变化规律为ρ=ρ0+kh,式中ρ0=1.0×103kg/m3,k=0.01×105kg/m4.向溶液中投放两只用一根10cm长的线系在一起的小球A和B,每个球的体积为V=1cm3,其质量分别为mA=1.2g,m=1.4g,如果两球在溶液中都处于静止状态,且线是拉紧的,此时小球离水面的距离为________?m,细线对小球的拉力为________?N.(g=10N/kg)
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0.25 0.005解析分析:设A球所处深度为hA,B球所处深度为hB,因为mA<mB,所以hB=hA+0.1m,根据物体的悬浮条件列方程求得A、B球所处的深度;
利用ρB=ρ0+khB求出B球处的密度,利用阿基米德原理求出B球受到的浮力,因为B球静止,所以GB=FB+F拉,据此求绳子中拉力大小.解答:设A球所处深度为hA,B球所处深度为hB,由于mA<mB,所以B球应在A球下方;
则:hB=hA+0.1m,
将A、B看作整体,根据物体的悬浮条件可得:
F浮A+F浮B=GA+GB,
即:ρAgVA+ρBgVB=mAg+mBg,
(ρ0+khA)V+(ρ0+khB)V=mA+mB,
2ρ0V+2khAV+k×0.1m×V=mA+mB,
即:2×1×103kg/m3×1×10-6m3+2×0.01×105kg/m4×hA×1×10-6m3+0.01×105kg/m4×0.1m×1×10-6m3
=2.6×10-3kg,
解得:
hA=0.25m=25cm,
hB=hA+0.1m=0.25m+0.1m=0.35m;
ρB=ρ0+khB=1×103kg/m3+0.01×105kg/m4×0.35m=1.35×103kg/m3,
B球受到的浮力:
FB=ρBgVB=ρBgV=1.35×103kg/m3×10N/kg×1×10-6m3=0.0135N,
B球重:
GB=mBg=0.0014kg×10N/kg=0.014N,
∵GB=FB+F拉,
∴F拉=GB-FB=0.014N-0.0135N=0.005N.
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