一个内部含有石块的冰块放在密度为ρ0=0.95×103kg/m3的液体中恰好能悬浮.一个底面积为S=100cm2的圆柱形容器中装有水,将这个含有石块的冰块放入水中后,容器中的水面较原来升高了h1=2.09cm.待冰熔化后,水面又下降了h2=0.1cm.求冰块内石块的密度为多少(冰的密度为0.9×103kg/m3)?
设总体积为V,石块的体积为V石,冰的体积为V-V石,
∵含有石块的冰块悬浮,
∴含有石块的冰块的密度
ρ=ρ0=0.95×103kg/m3,
即:
=0.95×103kg/m3,-----①m V
∵ρ=ρ0=0.95×103kg/m3<ρ水,
∴放入水中将漂浮,排开水的体积V排=sh1=100cm2×2.09cm=209cm3,
∴含有石块的冰块重:
G=F浮=ρ水V排g=1×103kg/m3×209×10-6m3×10N/kg=2.09N,
含有石块的冰块的质量:
m=
=G g
=0.209kg=209g,2.09N 10N/kg
代入①得:
V=
=m ρ
=220cm3,209g 0.95g/cm3
冰熔化前受到的浮力:
F浮=G冰+G石=G冰+ρ石V石g=2.09N,
冰熔化后受到的浮力:
F浮′=G水+ρ水V石g,
∵冰化水,质量不变、重力不变,
∴G冰=G水,
∴△F浮=F浮-F浮′=G冰+ρ石V石g-G水-ρ水V石g=ρ石V石g-ρ水V石g,
∵△F浮=ρ水sh2g=1×103kg/m3×100×0.1×10-6m3×10N/kg=0.1N,
∴ρ石V石g-ρ水V石g=0.1N,
ρ石V石-ρ水V石=10g,------------②
而ρ石V石g+ρ冰(V-V石)g=2.09N,
ρ石V石+ρ冰(V-V石)=209g,------③
③-②得:
ρ冰(V-V石)+ρ水V石=199g,
0.9g/cm3×(220cm3-V石)+1g/cm3×V石=199g,
解得:V石=10cm3,
代入②得:
ρ石V石-ρ水V石=10g,
∴ρ石=
=2g/cm3.10g+1g/cm3×10cm3 10cm3
答:冰块内石块的密度为2g/cm3.