Question

如圖所示，高度為L(zhǎng)、橫截面積為s的物塊浮在盛水的杯內(nèi)，杯內(nèi)水的高度恰好為L(zhǎng)．已知杯子的橫截面積為2s，水的密度為ρ₀，物塊的密度為

1

2

ρ₀，現(xiàn)用外力將物塊按入水底，則外力所做的功至少是（　　）

• A．

  3

  16

  ρ₀gsL²
• B．

  1

  4

  ρ₀gsL²
• C．

  5

  16

  ρ₀gsL²
• D．

  1

  8

  ρ₀gsL²

Answer 1

分析：物體漂浮時(shí)，浮力等于物體的重力；根據(jù)浮力公式求出物體浸入水中的深度；物體處于平衡狀態(tài)，對(duì)物體進(jìn)行受力分析，求出F的大小，由于物體緩慢運(yùn)動(dòng)，所以可以認(rèn)為是勻速運(yùn)動(dòng)，再求出物體在水中移動(dòng)的距離，根據(jù)公式W=FS可求外力做的功．
思路：根據(jù)能量守恒，外力做功=水增加重力勢(shì)能-物塊減小重力勢(shì)能，重點(diǎn)是水的重心變化的位置；質(zhì)量就是排開(kāi)水的質(zhì)量．

解答：解：物塊重心降低

1

2

L，物塊重力做功W₁=

1

2

ρ₀gSL

1

2

L=

1

4

ρ₀gSL²；
設(shè)用外力將物塊按入水底后，杯內(nèi)水的高度為L(zhǎng)′，
則2SL′=2SL+S

1

2

L，解得L′=

5

4

L，
在末狀態(tài)，水面高出物塊上表面

1

4

L，這相當(dāng)于原來(lái)初狀態(tài)圖示中物塊下面的那部分水全部升至末態(tài)的物塊之上，這部分水（ρ₀×0.5LS）升高了（1.125-0.25）L=0.875L，
其重力勢(shì)能增加△W=ρ₀×0.5LSg×0.875L，減去物塊減小的重力勢(shì)能W₁=

1

2

ρ₀×SL×

L

2

，
即為外力至少做的功W=△W-W₁=ρ₀×0.5LSg×0.875L-

1

2

ρ₀×SL×

L

2

=

3

16

ρ₀gSL²
故選A．

點(diǎn)評(píng)：本題考查壓力、浮力、做功等的計(jì)算，對(duì)于這類(lèi)綜合題目，要分成幾個(gè)小步驟逐個(gè)分析，結(jié)合對(duì)應(yīng)的物理公式求解．