解题思路:在密度为ρ0的液体中悬浮,说明ρ0=ρ混(ρ混为含有石块的冰块密度),放入水中后,因为ρ水>ρ0,所以ρ水>ρ混,放入水中后漂浮.分析浮冰在水中的变化是该题的难点,根据F浮=G,求出含有石块的冰块重,从而可知其质量,冰溶化后石块沉入水底,出现了一个支持力,说明在冰溶化成水的过程中浮力减小了,V排减小了,这是水面下降的主要原因,再根据冰熔化前后受到的浮力和冰化水,质量不变、重力不变,求得V石,再根据ρ石V石-ρ水V石=10g,即可求得冰块内石块的密度.
设总体积为V,石块的体积为V石,冰的体积为V-V石,
∵含有石块的冰块悬浮,
∴含有石块的冰块的密度
ρ=ρ0=0.95×103kg/m3,
即:[m/V]=0.95×103kg/m3,-----①
∵ρ=ρ0=0.95×103kg/m3<ρ水,
∴放入水中将漂浮,排开水的体积V排=sh1=100cm2×2.09cm=209cm3,
∴含有石块的冰块重:
G=F浮=ρ水V排g=1×103kg/m3×209×10-6m3×10N/kg=2.09N,
含有石块的冰块的质量:
m=[G/g]=[2.09N/10N/kg]=0.209kg=209g,
代入①得:
V=[m/ρ]=
209g
0.95g/cm3=220cm3,
冰熔化前受到的浮力:
F浮=G冰+G石=G冰+ρ石V石g=2.09N,
冰熔化后受到的浮力:
F浮′=G水+ρ水V石g,
∵冰化水,质量不变、重力不变,
∴G冰=G水,
∴△F浮=F浮-F浮′=G冰+ρ石V石g-G水-ρ水V石g=ρ石V石g-ρ水V石g,
∵△F浮=ρ水sh2g=1×103kg/m3×100×0.1×10-6m3×10N/kg=0.1N,
∴ρ石V石g-ρ水V石g=0.1N,
ρ石V石-ρ水V石=10g,------------②
而ρ石V石g+ρ冰(V-V石)g=2.09N,
ρ石V石+ρ冰(V-V石)=209g,------③
③-②得:
ρ冰(V-V石)+ρ水V石=199g,
0.9g/cm3×(220cm3-V石)+1g/cm3×V石=199g,
解得:V石=10cm3,
代入②得:
ρ石V石-ρ水V石=10g,
∴ρ石=
10g+1g/cm3×10cm3
10cm3=2g/cm3.
答:冰块内石块的密度为2g/cm3.
点评:
本题考点: 密度的计算;物体的浮沉条件及其应用.
考点点评: 在做浮冰类习题时应注意:当冰内有密度大于水的异物时,冰溶化后液面会下降,但情景不同引起液面下降的原因不同,因此做这类题目时要仔细审题再对症下药.此题是一道压轴题.