Question

18．運用知識解決問題：
（1）如圖甲描述了一艘輪船由上游通過船閘駛往下游的情況：首先關閉閥門B（用字母表示），打開閥門A，閘室和上游水道構成了一個連通器．當閘室水面與上游水面相平后，打開閘門C，船駛入閘室．
（2）請畫出圖乙中漂浮在液面上的木塊所受力的示意圖．
（3）上題中，正方體木塊的重力為6N，邊長為10cm，有$\frac{3}{4}$的體積進入液體中，此時液面離容器底為20cm，則容器底部所受壓強為1600Pa．（請寫出解題思路）．

Answer 1

分析 （1）船閘是利用連通器的原理來工作的，當連通器中的液體不流動時，液面會保持相平，船閘工作過程中，閘室分別跟上游和下游形成連通器，用來調(diào)節(jié)水面落差，使船通行．
（2）首先根據(jù)木塊漂浮在水面上，則可判斷木塊受到的浮力與重力是一對平衡力，浮力方向豎直向上，大小等于重力，作用點在木塊重心上；然后根據(jù)力的示意圖的做法，用一條帶箭頭的線段把浮力和重力的大小、方向、作用點分別表示出來；
（3）已知木塊重力，根據(jù)物體漂浮條件可知木塊所受浮力大小，求出木塊的體積，可得木塊浸入液體中的體積，然后利用阿基米德原理可求液體的密度，又知液面離容器底的高度，利用液體壓強公式可求壓強．

解答 解：（1）當船從上游到下游時，首先要關閉閥門B，打開閥門A，上游的水經(jīng)過閥門A流向閘室，水面相平時，此時閘室與上游組成連通器，然后關閉閘門C，船駛入閘室；船駛入閘室后，關閉C和A，打開B，使閘室和下游水道構成一個連通器，當閘室水面和下游水面相平后，關閉閘門D，船就可以駛向下游．
（2）木塊漂浮在水面上，受到的浮力與重力是一對平衡力，過木塊重心，分別沿豎直向下和豎直向上的方向畫一條帶箭頭的線段表示出浮力和重力，并標出F_浮和G，注意兩條線段長度要相等，如圖所示：

（2）解題思路：已知木塊重力，根據(jù)物體漂浮條件可知木塊所受浮力大小，求出木塊的體積，可得木塊浸入液體中的體積，然后利用阿基米德原理可求液體的密度，又知液面離容器底的高度，利用液體壓強公式可求壓強．
由圖可知，木塊漂浮，則浮力F=G=6N，
木塊浸入液體中的體積V_浸=$\frac{3}{4}$V=$\frac{3}{4}$（0.1m）³=7.5×10^-4m³，
因為F_浮=ρ_液gV_排，
所以ρ_液=$\frac{{F}_{浮}}{g{V}_{排}}$=$\frac{6N}{10N/kg×7.5×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=0.8×10³m³，
則容器底部所受壓強為p=ρ_液gh=0.8×10³m³×10N/kg×0.2m=1600Pa．
故答案為：（1）B；A；連通器；（2）見解答圖；（3）1600．

點評 本題考查連通器的實際應用、力的示意圖的畫法、液體壓強的計算，同時涉及到物體浮沉條件和阿基米德原理的應用，利用物體浮沉條件得出木塊受到的浮力，并利用阿基米德原理求出液體的密度是此題的關鍵，也是此題的難點．