Question

如圖所示，橫截面積為S的容器內(nèi)盛有部分水，水面上方壓有一塊橫截面積也為S的活塞M，現(xiàn)在活塞的中央挖一面積為S0的小孔，小孔內(nèi)塞入一木塞N．假設(shè)N與M之間、M與容器器壁之間緊密結(jié)合，且不考慮任何摩擦．已知水的密度為ρ水，當(dāng)在N的上方放置一塊質(zhì)量為m的物塊后，活塞M上升的距離為

m

ρ水S

；木塞N下沉的距離

m(S-S0)

ρ水S0S

．

Answer 1

分析：分析題意可知，N的下降導(dǎo)致了M的上升，所以N排水的增加量就等于水面上升的體積，再根據(jù)物體在平衡狀態(tài)下，浮力與重力相等的關(guān)系，可列出等式進(jìn)行計(jì)算．

解答：解：在N的上方放置一塊質(zhì)量為m的物塊之前，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，浮力等于重力，豎直方向合力為零．
放置一塊m后，N與M增加了一個(gè)重力mg，當(dāng)系統(tǒng)重新平衡時(shí)，水的浮力也增加了mg，
因?yàn)榛钊鸐和木塊N緊密連接，所以M和N是一起上升，
假設(shè)M上升了h₁，則V_排的增加量為h₁S，
所以應(yīng)當(dāng)有：F_浮=mg，即ρ_水gh₁S=mg，
所以h₁=

m

ρ水S

．
木塞N下沉的距離等于它本身受到物塊壓力下沉的距離減掉N和M共同上升的距離，
物塊使N下降的距離為h₂，則
ρ_水gh₂S₀=mg，即h₂=

m

ρ水S0

，
木塞N下沉的距離h₃為
h₃=h₂-h₁=

m

ρ水S0

-

m

ρ水S

=

m(S-S0)

ρ水S0S

．
故答案為：

m

ρ水S

；

m(S-S0)

ρ水S0S

．

點(diǎn)評(píng)：對(duì)物體平衡狀態(tài)下的受力分析是本題的關(guān)鍵之一，對(duì)N的下降導(dǎo)致M上升這一過程中，排水體積與水面上升體積的等量關(guān)系的認(rèn)識(shí)，是本題的關(guān)鍵之二，綜合運(yùn)用這些知識(shí)，才能最終得出本題的答案．