(1)当铁块浸没水中时,受到水的浮力最大,
∵G=ρ1v铁g,
铁块的体积:
v铁= Gρ1g,
当铁块浸没水中,排开水的体积:
v排=v铁= Gρ1g,
此时受到水的浮力:
F浮=ρ0v排g=ρ0 Gρ1gg= ρ0ρ1G;
(2)从铁块上表面与水面相平时开始计时,在时间为t时,
铁块上升的高度(露出的高度):
△h=vt,
排开水的体积:
v排′= h0-△hh0× Gρ1g,
此时受到水的浮力:
F浮′=ρ0v排′g=ρ0 h0-△hh0× Gρ1gg= h0-vth0× ρ0Gρ1;
绳子的拉力:
F′=G-F浮′
=G- h0-vth0× ρ0Gρ1
=G- ρ0ρ1G+ ρ0Gvρ1h0t;
(3)铁块浸没在水中,拉力:
F1=G-F浮=G- ρ0ρ1G,
拉力功率:
P1=F1v=(G- ρ0ρ1G)v,
铁块从露出水面到全露出,拉力:
F2=G-F浮′
=G- h0-vth0× ρ0Gρ1;
=G- ρ0ρ1G+ ρ0Gvρ1h0t,
拉力功率:
P2=F2v=(G- ρ0ρ1G+ ρ0Gvρ1h0t)v=(G- ρ0ρ1G)v+ ρ0Gvρ1h0vt,
全露出水面后的拉力大小:
F3=G,
拉力功率:
P3=F3v=Gv,
绳子拉力的功率P随铁块上升高度h变化关系的图象如右图所示.
答:(1)铁块上升过程中所受浮力的最大值为 ρ0ρ1G;
(2)绳子的拉力随时间变化的关系式为F=G- ρ0ρ1G+ ρ0Gvρ1h0t;
(3)绳子拉力的功率P随铁块上升高度h变化关系的图象如图所示.
1、∵F浮=ρ0gV排
∴当V排最大时,F浮最大;此时V排=V物(也就是铁块浸没在水中时浮力最大)
由 ρ=m/V G=mg
推出:V物=G/ρ1g
F浮最大=ρ0gV物=ρ0G/ρ1
2、此过程,
铁块露出水面的高度为vt,
铁块在水中的高度ho-vt,
排开水的体积 V排=(ho-vt)S,
而 S=V物/ho=G/ρ1gho
V排=G(ho-vt)/ρ1gho
拉力F=G-F浮
F=G-ρ0gV排
=G-ρ0G(ho-vt)/ρ1ho
=(ρ0Gv/ρ1ho)t + (ρ1-ρ0)G/ρ1
3、如图:
应用 功率 P=Fv
v恒定不变
未露出水面之前,F恒定,功率恒定不变
露出过程,F线性增大,P也线性增大。
全部露出,F=G不变