1樓:天秀愛塞茶
第一題b
加水後小試管處液體壓強增加
所以氣泡變小
排開水的體積變小
浮力變小
氣泡和小試管總重不變
所以下沉
第二題原來的壓強
p=ρ1×0.5gh+ρ2×0.5gh=0.5(ρ1+ρ2)×gh後來的壓強
p『=ρ×gh
0.5(ρ1+ρ2)是等體積混合的平均密度現在不是等體積混合的
而是密度小的體積大,佔優勢
平均密度會比等體積混合要小
所以壓強變小
2樓:史朝東樂安
題目:在如圖1所示的圓臺形玻璃杯裡,裝有密度分別為ρ1 和ρ2(ρ1>ρ2)的兩種不相容液體,此時玻璃杯底部受到液體的壓強為p
。現用筷子在玻璃杯裡攪拌,使其液體混合均勻,這時,混合液對玻璃杯底部的壓強為p′(設混合後液體的總體積不發生變化)。試比較p與p′的大小。
解法一:「體積公式」法。設玻璃杯底面積為s,兩層液體介面的面積為s1,上層液麵的面積為s2,下層液體的高為h1、體積為v1;上層液體的高為h2、體積為v2;兩種液體混合後的密度為ρ、高為h
、體積為v
,如圖2所示。混合前,液體對玻璃杯底的壓強
p為: p=ρ1gh1+ρ2
gh2……①混合後,液體的密度ρ為:
則混合後,液體對杯底的壓強
p′為:p′=ρgh=
……②①式-②式得: p-p′=ρ1gh1+ρ2
gh2-
=分析上式:因為ρ1>ρ2
所以(ρ1-ρ2)>0,現只需判斷(v2h1-v1h2)的正負情況。利用圓臺的體積公式得:
由上式可知:因為s2>s0、所以
v2h1-v1h2>0
,則必有
p-p′>0即
p>p′。解法二:「割補」法如圖3所示,經割補後,使得左邊陰影三角形部分的體積等於右邊空白三角形部分的體積,即將「傾斜壁」的液柱變為「豎直壁」的液柱。
設混合前,密度為ρ1的液體經割補後液柱的底面積為
s0、高為h1;密度為ρ2的液體經割補後液柱的底面積為s2、高為h2;混合均勻後密度為ρ
(ρ2<ρ<ρ1)混合液經割補後液柱的底面積為s1、高為
h。觀察圖3的割補情況,必有如下關係式存在:
s2>s1>s0根據混合後體積和質量不變,則有如下兩式: s1
h=s0
h1+s2
h2……①ρs1h=ρ1
s0h1+ρ2s2
h2……②①式代入②式得:ρ(s0
h1+s2
h2)=ρ1
s0h1+ρ2s2
h2即(ρ1-ρ)s0
h1=(ρ-ρ2)s2
h2分析上式:因為
s2>s0
所以:(ρ1-ρ)h1>(ρ-ρ2)h2即:ρ(h1+h2)<
ρ1h1+ρ2
h2……③
而:p=ρ1gh1+ρ2
gh2=(ρ1h1+ρ2
h2)•
g p′=ρgh=ρ(h1+
h2)•
g聯絡到③式,則有
p>p′。解法三:「參照物」法如圖4所示,取底面積跟甲圖底面積相同的圓柱形容器乙,作為研究混合前甲玻璃杯裡液體壓強的參照物。乙圖中密度為ρ1、ρ2
的兩種液體的高分別跟甲圖中密度為ρ1、ρ2的兩種液體的高度相等。
∵ p=ρ1gh1+ρ2
gh2p乙=ρ1gh1+ρ2
gh2∴p=p乙
…… ①(即混合前甲、乙兩容器底部受到的壓強相等)。設混合均勻後,丙圖混合液的密度ρ、丁圖混合液的密度ρ′,因密度較小的液體ρ2在甲圖中所佔的比例比乙圖中的大,所以兩容器內混合液的密度滿足關係:ρ<ρ′丙圖中混合液對杯底的壓強p′為:
p′=ρgh=ρ(h1+
h2)•g
丁圖中混合液對杯底的壓強p丁為:
p丁=ρ′gh=ρ′(h1+
h2)•g
比較兩式,則有p′<p丁
……②又因為乙、丁圖是圓柱形容器,所以混合均勻後壓強仍可以根據公式
求底部受到液體的壓強,而混合後,液體的總重即底部受到的壓力
f不變,則底部受到的壓強不變,則有關係式:p乙
= p丁
……③比較①、②
、③式得:
p>p′
刊登於2023年10月《數理天地》
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