Question

8．學習了浮力有關知識后，同學們都已經知道：浮力跟物體所浸在的液體密度、排開液體的體積有關．但王麗總感到：浮力大小應與物體所在液體的深度有關，并猜想：“深度越深，浮力越大”．于是做了如下實驗：她在彈簧測力計下掛一圓柱體，從盛水的燒杯上方某一高度緩慢下降，圓柱體浸沒后繼續(xù)下降，直到圓柱體底面接近燒杯底部接觸為止，如圖所示是圓柱體下降過程中彈簧測力計讀數F隨圓柱體下降高度h變化的圖象．
（1）分析圖象可知，圓柱體的重力是12N；
（2）圓柱體浸沒在水中時，受到的浮力是8N．
（3）圓柱體的體積是8×10^-4m³．

Answer 1

分析 由題知，物體緩慢下落，整個過程中物體受力平衡，圖象反映的是圓柱體下降過程中彈簧測力計讀數F隨圓柱體下降高度h的變化關系：
（1）分析圖象AB段，物體還未浸入水中，由二力平衡知此時彈簧對圓柱體的拉力等于物重；
（2）分析圖象CD段，物體全部浸沒水中，對物體受力分析（如右圖所示）求其受到的浮力；
（3）圓柱體浸沒在水中時，V_物=V_排，由阿基米德原理求出V_排．

解答 解：（1）由圖象可知，當h=0時，彈簧測力計示數為12N，
此時圓柱體靜止在空氣中，根據二力平衡條件可知，圓柱體的重力G=F_示=12N；
（2）從h=7cm開始，彈簧測力計示數不變，說明此時圓柱體已經浸沒在水中，
根據稱重法可知，圓柱體浸沒時受到的浮力：F_浮=G-F_示′=12N-4N=8N；
（3）由阿基米德原理F_浮=ρ_液V_排g可得：
V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{8N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=8×10^-4m³，
因為物體是全部浸沒，所以V_物=V_排=8×10^-4m³．
故答案為：12；8；8×10^-4．

點評 本題用到的知識點有重力、質量、密度、二力平衡、受力分析、阿基米德原理等，考查學生結合圖象對所學知識進行綜合分析的能力，難度較大．