问题 问答题

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)?

答案

设总体积为V,石块的体积为V,冰的体积为V-V

∵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:

m
V
=0.95×103kg/m3,-----①

∵ρ=ρ0=0.95×103kg/m3<ρ

∴放入水中将漂浮,排开水的体积V=sh1=100cm2×2.09cm=209cm3

∴含有石块的冰块重:

G=FVg=1×103kg/m3×209×10-6m3×10N/kg=2.09N,

含有石块的冰块的质量:

m=

G
g
=
2.09N
10N/kg
=0.209kg=209g,

代入①得:

V=

m
ρ
=
209g
0.95g/cm3
=220cm3

冰熔化前受到的浮力:

F=G+G=GVg=2.09N,

冰熔化后受到的浮力:

F′=GVg,

∵冰化水,质量不变、重力不变,

∴G=G

∴△F=F-F′=GVg-GVg=ρVg-ρVg,

∵△Fsh2g=1×103kg/m3×100×0.1×10-6m3×10N/kg=0.1N,

∴ρVg-ρVg=0.1N,

ρVV=10g,------------②

而ρVg+ρ(V-V)g=2.09N,

ρV(V-V)=209g,------③

③-②得:

ρ(V-V)+ρV=199g,

0.9g/cm3×(220cm3-V)+1g/cm3×V=199g,

解得:V=10cm3

代入②得:

ρVV=10g,

∴ρ=

10g+1g/cm3×10cm3
10cm3
=2g/cm3

答:冰块内石块的密度为2g/cm3

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