Question

如圖所示的甲、乙兩個(gè)實(shí)心正方體分別放在水平地面上．
①若甲的質(zhì)量為1千克，求物體甲的密度ρ_甲；
②若乙的質(zhì)量為2千克，求物體乙對(duì)地面的壓強(qiáng)p_乙；

方案	設(shè)計(jì)的方法
A	加在兩物體上的力方向都向下
B	加在兩物體上的力方向都向上
C	甲物體上的力方向向上，乙物體上的力方向向下
D	甲物體上的力方向向下，乙物體上的力方向向上

③若甲、乙的質(zhì)量分別是m、2m，底面積分別是S、nS（n＞2），要使兩個(gè)正方體對(duì)水平地面的壓強(qiáng)相等，可同時(shí)在兩個(gè)正方體上表面施加一個(gè)豎直方向、大小相等的力F．某同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如右表所示的四種方案．
選擇：方案

 

的設(shè)計(jì)是可行的；且方案

 

的力F最��；
求出：可行的方案中的最小力F_小．

Answer 1

分析：①已知物體的邊長(zhǎng)，可求得其體積，再利用ρ=

m

V

可求得其密度．
②物體乙對(duì)地面的壓力和自身的重力相等，根據(jù)G=mg求出其大小，再根據(jù)壓強(qiáng)公式求出物體乙對(duì)地面的壓強(qiáng)；
③壓強(qiáng)與壓力和受力面積有關(guān)，所以本題需要先求出甲、乙兩物塊的底面積．根據(jù)甲、乙的質(zhì)量相等可得出它們對(duì)地面的壓力相等，在受力面積不同的情況下，要想使其壓強(qiáng)相等，可判斷要施加的力的方向，并進(jìn)一步分析其大小的關(guān)系．

解答：解：①V_甲=1×10^-3米³，
ρ_甲=

m甲

V甲

=

1kg

1×10-3m3

=1×10³kg/m³，
②F_乙=G_乙=m_乙g=2kg×9.8N/kg=19.6N，
S_乙=4×10^-2米³，
p_乙=

F乙

S乙

=

19.6N

4×10-2m3

=490Pa，
③∵甲、乙的質(zhì)量不相等，
∴G_甲=

1

2

G_乙，
又∵V_甲＜V_乙，且甲、乙都是正方體，底面積分別是s、ns（n＞2），
則s_甲＜s_乙．底面積分別是s、ns（n＞2），
∴p_甲＞p_乙，
∴加在兩物體上的力方向都向下，甲物體上的力方向向下，乙物體上的力方向向上，都不可行
若想使壓強(qiáng)相等，則應(yīng)減小甲的壓力，增大乙的壓力，
甲物體上的力方向向上，乙物體上的力方向向下
當(dāng)兩個(gè)物體對(duì)水平地面的壓強(qiáng)相等時(shí)，由題意得，

G甲-F甲

S甲

=

G乙+F乙

S乙

，
即：F小=

n-2

n+1

mg

mg-F小

S

=

2mg+F小

nS

．
∵甲、乙的質(zhì)量分別是m、2m，底面積分別是S、nS（n＞2），
∴F_甲＜F_乙．
因此，選項(xiàng)BC符合題意．且方案C的力F最�。�
答：①物體甲的密度ρ_甲為1×10³kg/m³，
②若乙的質(zhì)量為2千克，求物體乙對(duì)地面的壓強(qiáng)p_乙為490Pa，
③方案 B、C的設(shè)計(jì)是可行的；且方案 C的力F最小；F小=

n-2

n+1

mg

mg-F小

S

=

2mg+F小

nS

點(diǎn)評(píng)：解答本題需要一定的綜合分析能力，涉及了重力、壓力、豎直向上的力．解題的突破口是通過(guò)甲、乙的質(zhì)量關(guān)系，讀圖得出面積關(guān)系，再通過(guò)面積關(guān)系和壓強(qiáng)關(guān)系列出方程，最終分析出豎直方向上的兩個(gè)力的大小關(guān)系．