解题思路:冰块悬浮时,烧杯内的水对烧杯底的压强增加了460Pa,根据液体压强公式求出水位上升的高度,据此求出冰块和合金的总体积,根据悬浮条件求冰块和合金的总重、总质量;
根据液体压强公式求冰溶化后水位下降的高度,因为冰熔化后质量不变,冰的体积减去熔化成水的体积等于减小的体积,根据此等式求出冰的质量,从而求出合金的质量;
根据求得的冰的质量计算出冰的体积,又知道总体积,两者之差即为合金的体积,根据密度公式求出合金的密度.当冰完全熔化后,烧杯底对合金物体的支持力等于重力和浮力的合力.
冰块悬浮时,烧杯内的水对烧杯底的压强增加了460Pa,则水位上升的高度:△h=[p/ρg]=[460Pa
103kg/m3×10N/kg=0.046m;
冰块和合金的总体积:
V总=S×△h=100×10-4m2×0.046m=4.6×10-4m3;
(m合金+m冰)g=F浮=G排=ρ水gS×△h=1000kg/m3×10N/kg×0.01m2×0.046m=4.6N,
∴.合金和冰的总质量:
(m石+m冰)=
F浮/g]=[4.6N/10N/kg]=0.46kg,
冰熔化后,水位下降的高度:
△h′=[△p′/ρg]=
44Pa
103kg/m3×10N/kg=4.4×10-3m,
冰熔化成水质量m不变,
∵V=
m
ρ冰,
∴
m
ρ冰-
m
ρ水=S×△h′,
冰的质量:m=S×△h′×
ρρ冰
ρ−ρ冰=100×10-4m2×4.4×10-3m×
1000kg/m3×900kg/m3
1000kg/m3−900kg/m3=0.396kg,
合金质量:
m合金=0.46kg-0.396kg=0.064kg,
合金体积:
V合金=V总-V冰=V总-
m
ρ冰=4.6×10-4m3-
0.396kg
900kg/m3=0.2×10-4m3,
合金的密度:
ρ石=
m合金
v合金=
0.064kg
0.2×10−4m3=3.2×103kg/m3.
合金的重力:G合金=m合金g=0.064kg×10N/kg=0.64N;
合金受到的浮力:F浮=ρgv排=103kg/m3×10N/kg×0.2×10-4m3=0.2N;
当冰块全部融化后,合金沉入烧杯底,杯底对合金的支持力:F=G合金-F浮=0.64N-0.2N=0.44N.
故答案为:0.44.
点评:
本题考点: 力的合成与应用.
考点点评: 本题考查浮力、密度和压强的计算,关键是公式及其变形的应用以及单位换算,难点是求石块的质量和体积.