11.用图中所示的装置缓慢提起活塞使水从出水口流出。当水深为20 cm时,活塞受到水的压强为 Pa。(水的密度为$1.0×10^3$ kg/m³,g取10 N/kg)不计一切摩擦,活塞从图示位置向上运动至装置顶端的过程中,拉力F的大小(选填写F变化情况)。

答案
$\boldsymbol{2000}$;$\boldsymbol{先不变后变小}$
解析
解:
水深$h=20\ \mathrm{cm}=0.2\ \mathrm{m}$,由液体压强公式可得活塞受到水的压强:
$p=\rho gh=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}×0.2\ \mathrm{m}=2000\ \mathrm{Pa}$
图中滑轮为定滑轮,不计一切摩擦,拉力大小等于作用在活塞上的向上拉力。活塞从图示位置向上运动至水面到达出水口前,水的体积不变,活塞到水面的竖直深度始终为20cm,水对活塞的向下压力不变,因此拉力$F$大小不变;水面到达出水口后,继续向上提活塞,水从出水口流出,水面高度保持在出水口位置不变,活塞到水面的竖直深度逐渐减小,水对活塞的向下压力逐渐减小,因此拉力$F$逐渐变小。
即拉力$F$先不变后变小。
水深$h=20\ \mathrm{cm}=0.2\ \mathrm{m}$,由液体压强公式可得活塞受到水的压强:
$p=\rho gh=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}×0.2\ \mathrm{m}=2000\ \mathrm{Pa}$
图中滑轮为定滑轮,不计一切摩擦,拉力大小等于作用在活塞上的向上拉力。活塞从图示位置向上运动至水面到达出水口前,水的体积不变,活塞到水面的竖直深度始终为20cm,水对活塞的向下压力不变,因此拉力$F$大小不变;水面到达出水口后,继续向上提活塞,水从出水口流出,水面高度保持在出水口位置不变,活塞到水面的竖直深度逐渐减小,水对活塞的向下压力逐渐减小,因此拉力$F$逐渐变小。
即拉力$F$先不变后变小。
12. 如图所示,一只盛有水的薄壁玻璃杯静止在水平桌面上。杯子重1 N,底面积为30 cm²,杯内水重2 N,水深6 cm,水的密度为$1.0×10^3 kg/m^3$,g 取 10 N/kg。求:
(1)水杯对桌面的压强;
(2)水对杯底的压力。

(1)水杯对桌面的压强;
(2)水对杯底的压力。
答案
解:
(1) 水杯对桌面的压力等于杯子和水的总重力:
$F_1 = G_{\mathrm{杯}} + G_{\mathrm{水}} = 1\ \mathrm{N} + 2\ \mathrm{N} = 3\ \mathrm{N}$
受力面积 $S = 30\ \mathrm{cm}^2 = 3×10^{-3}\ \mathrm{m}^2$
水杯对桌面的压强:
$p_1 = \dfrac{F_1}{S} = \dfrac{3\ \mathrm{N}}{3×10^{-3}\ \mathrm{m}^2} = 1000\ \mathrm{Pa}$
(2) 水深 $h = 6\ \mathrm{cm} = 0.06\ \mathrm{m}$
水对杯底的压强:
$p_2 = \rho_{\mathrm{水}} g h = 1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 10\ \mathrm{N/kg} × 0.06\ \mathrm{m} = 600\ \mathrm{Pa}$
水对杯底的压力:
$F_2 = p_2 S = 600\ \mathrm{Pa} × 3×10^{-3}\ \mathrm{m}^2 = 1.8\ \mathrm{N}$
答:(1) 水杯对桌面的压强为1000 Pa;(2) 水对杯底的压力为1.8 N。
(1) 水杯对桌面的压力等于杯子和水的总重力:
$F_1 = G_{\mathrm{杯}} + G_{\mathrm{水}} = 1\ \mathrm{N} + 2\ \mathrm{N} = 3\ \mathrm{N}$
受力面积 $S = 30\ \mathrm{cm}^2 = 3×10^{-3}\ \mathrm{m}^2$
水杯对桌面的压强:
$p_1 = \dfrac{F_1}{S} = \dfrac{3\ \mathrm{N}}{3×10^{-3}\ \mathrm{m}^2} = 1000\ \mathrm{Pa}$
(2) 水深 $h = 6\ \mathrm{cm} = 0.06\ \mathrm{m}$
水对杯底的压强:
$p_2 = \rho_{\mathrm{水}} g h = 1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 10\ \mathrm{N/kg} × 0.06\ \mathrm{m} = 600\ \mathrm{Pa}$
水对杯底的压力:
$F_2 = p_2 S = 600\ \mathrm{Pa} × 3×10^{-3}\ \mathrm{m}^2 = 1.8\ \mathrm{N}$
答:(1) 水杯对桌面的压强为1000 Pa;(2) 水对杯底的压力为1.8 N。
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