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14.如图所示,一质量均匀分布的长方体浸没在密度为ρ的液体中.已知长方体的高为h,底面积大小为S,上表面所处深度为h1,下表面所处深度为h2
(1)分析说明长方体前后两表面所受合力的大小;
(2)结合本题,根据问题所受浮力产生的原因,推证阿基米德定理.

分析 (1)根据液体压强公式p=ρgh即可计算出液体对这个长方体前表面和后表面的压强,然后利用压强公式的变形公式F=pS即可求出液体对这个长方体前表面和后表面的压力大小,然后可知所受合力的大小.
(2)根据压强公式的变形公式F=pS、浮力公式F=ρgV,推导即可得出结论.

解答 解:(1)由液体压强公式p=ρgh得,液体对这个长方体前表面的压强为p1gh2
因长方体的前后两表面面积S′相同,
由p=$\frac{F}{S}$可得,液体对这个长方体前表面的压力F1=p1S′=ρgh2S′;
液体对这个长方体后表面的压强为:p2gh2,则液体对这个长方体后表面的压力F2=p2S′=ρgh2S′.
由此可得,F1=F2,由于长方体前后两表面所受力的方向相反,故合力为0.
(2)证明:
由液体压强公式p=ρgh得,液体对这个长方体上表面的压强为p1gh1,则液体对这个长方体上表面的压力F1=p1S=ρgh1S;
液体对这个长方体下表面的压强为:p2gh2,则液体对这个长方体下表面的压力F2=p2S=ρgh2S.
长方体在液体中所受压力的合力(上下压力差)F=F2-F1gh2S-ρgh1S=ρgS(h2-h1)=ρgSh=ρgV,其合力的方向是竖直向上;
长方体浸没在此液体中所受浮力的大小FgV,因为是全部浸没,所以V=V
所以长方体在液体中所受压力的合力(上下压力差)其与长方体浸没在此液体中所受浮力的大小相等,即FgV

点评 本题考查了:液体压强公式p=ρgh、压强公式的变形公式F=pS、浮力公式F=ρgV,推导证明过程,是一道基础题.

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