题目
A-|||-B-|||-甲 乙如图所示,圆柱形容器A、B分别装有甲、乙两种液体,A的底面积大于B的底面积,甲的总高度大于乙的总高度,液体对各自容器底部的压力相等。现分别从两容器中抽出高度相同的液体,则甲、乙液体的密度ρ以及各自剩余质量m的关系是( )A. ρ甲<ρ乙,m甲>m乙B. ρ甲<ρ乙,m甲<m乙C. ρ甲>ρ乙,m甲>m乙D. ρ甲>ρ乙,m甲<m乙
如图所示,圆柱形容器A、B分别装有甲、乙两种液体,A的底面积大于B的底面积,甲的总高度大于乙的总高度,液体对各自容器底部的压力相等。现分别从两容器中抽出高度相同的液体,则甲、乙液体的密度ρ以及各自剩余质量m的关系是( )- A. ρ甲<ρ乙,m甲>m乙
- B. ρ甲<ρ乙,m甲<m乙
- C. ρ甲>ρ乙,m甲>m乙
- D. ρ甲>ρ乙,m甲<m乙
题目解答
答案
A. ρ甲<ρ乙,m甲>m乙
解析
考查要点:本题主要考查液体压强公式、质量与密度的关系,以及通过等效条件比较物理量大小的能力。
解题核心思路:
- 利用液体压强公式:液体对容器底部的压力公式为 $F = \rho g h S$,结合题目中压力相等的条件,建立等式关系。
- 比较密度与底面积的关系:通过已知的 $h_{\text{甲}} > h_{\text{乙}}$ 和 $S_{\text{甲}} > S_{\text{乙}}$,推导出 $\rho_{\text{甲}} < \rho_{\text{乙}}$。
- 分析剩余质量:由于圆柱形容器中液体的总质量相等,抽出相同高度后,剩余质量由抽出部分的质量差异决定。
破题关键点:
- 压力与质量的关系:圆柱形容器中液体对底部的压力等于液体的总重量,因此总质量相等。
- 密度与底面积的乘积关系:通过等式 $\rho_{\text{甲}} S_{\text{甲}} = \rho_{\text{乙}} S_{\text{乙}}$,结合已知条件推导密度关系。
步骤1:建立压力相等的等式
根据液体压强公式,液体对容器底部的压力为:
$F_{\text{甲}} = \rho_{\text{甲}} g h_{\text{甲}} S_{\text{甲}}, \quad F_{\text{乙}} = \rho_{\text{乙}} g h_{\text{乙}} S_{\text{乙}}$
题目中 $F_{\text{甲}} = F_{\text{乙}}$,因此:
$\rho_{\text{甲}} h_{\text{甲}} S_{\text{甲}} = \rho_{\text{乙}} h_{\text{乙}} S_{\text{乙}} \quad \text{(消去$g$)}$
步骤2:比较密度与底面积的关系
已知 $h_{\text{甲}} > h_{\text{乙}}$ 且 $S_{\text{甲}} > S_{\text{乙}}$,代入等式可得:
$\rho_{\text{甲}} < \rho_{\text{乙}}$
(因为较大的 $h_{\text{甲}}$ 和 $S_{\text{甲}}$ 需要更小的 $\rho_{\text{甲}}$ 才能使乘积相等)
步骤3:分析总质量与剩余质量
- 总质量相等:圆柱形容器中液体的总质量为 $m = \rho S h$,由等式 $\rho_{\text{甲}} h_{\text{甲}} S_{\text{甲}} = \rho_{\text{乙}} h_{\text{乙}} S_{\text{乙}}$ 可知 $m_{\text{甲}} = m_{\text{乙}}$。
- 抽出部分的质量:抽出相同高度 $\Delta h$ 时,抽出的质量为:
$\Delta m_{\text{甲}} = \rho_{\text{甲}} S_{\text{甲}} \Delta h, \quad \Delta m_{\text{乙}} = \rho_{\text{乙}} S_{\text{乙}} \Delta h$
由于 $\rho_{\text{甲}} S_{\text{甲}} < \rho_{\text{乙}} S_{\text{乙}}$,故 $\Delta m_{\text{甲}} < \Delta m_{\text{乙}}$。 - 剩余质量比较:剩余质量为 $m_{\text{剩余}} = m_{\text{总}} - \Delta m$,因此:
$m_{\text{甲剩余}} > m_{\text{乙剩余}}$