Question

1．某大橋施工時(shí)，要向江中沉放大量的施工構(gòu)件，假設(shè)一正方體構(gòu)件被緩緩吊入江水中（如圖甲），在沉入過程中，其下表面到水面的距離h逐漸增大，隨著h的增大，正方體構(gòu)件所受浮力F₁、鋼繩拉力F₂的變化如圖乙所示．下列判斷正確的是（　�。�

• A． 浮力F₁隨h變化的圖線是圖乙中的①
• B． 構(gòu)件受到的重力為0.8×10⁵N
• C． 構(gòu)件所受的最大浮力為1.2×10⁵N
• D． 構(gòu)件的密度為2.5×10³kg/m³

Answer 1

分析 （1）先分析構(gòu)件下沉過程中，排開水的體積變大，因此構(gòu)件受到的浮力變大，當(dāng)構(gòu)件排開水的體積不變時(shí)，構(gòu)件受到的浮力也不再改變；
（2）當(dāng)構(gòu)件全部淹沒時(shí)，排開水的體積最大，則構(gòu)件受到的浮力最大；從乙圖中可以判斷出最大浮力的范圍；
（3）根據(jù)圖中可知構(gòu)件完全浸沒時(shí)的拉力，此時(shí)構(gòu)件受到的浮力、重力以及拉力的關(guān)系為F_浮=G-F₂ ，然后將密度和體積代入可得ρ_水gV_排=ρgV-F₂，將已知數(shù)據(jù)代入即可求出構(gòu)件的密度．
（4）當(dāng)構(gòu)件完全淹沒時(shí)的高度則為構(gòu)件的邊長(zhǎng)；根據(jù)密度公式求得其密度，然后可求得其重力．

解答 解：
（1）由圖可知，構(gòu)件在浸入水中的過程是排開的水的體積變大，所以浮力逐漸變大；當(dāng)構(gòu)件浸沒后排開水的體積不變，所以浮力不變，因此浮力F₁隨h變化的圖線是圖乙中的②；故A錯(cuò)誤；
（2）從乙圖中可以看出，當(dāng)構(gòu)件完全淹沒時(shí)受到的浮力小于1.2×10⁵ N；故C錯(cuò)誤；
（3）構(gòu)件完全淹沒時(shí)，V_排=2m×2m×2m=8m³，F(xiàn)₂=1.2×10⁵ N；則有：
F_浮=G-F₂，
ρ_水gV_排=ρgV-F₂，
1×10³kg/m³×10N/kg×8m³=ρ×10N/kg×8m³-1.2×10⁵ N
ρ=2.5×10³kg/m³．故D正確；
（4）從乙圖中可以看出，當(dāng)構(gòu)件完全淹沒時(shí)的高度為2m，則構(gòu)件邊長(zhǎng)為2m，構(gòu)件體積V=8m³，由ρ=$\frac{m}{V}$可得，m=ρV=2.5×10³kg/m³×8m³=2×10⁴kg，
則構(gòu)件的重力G=mg=2×10⁴kg×10N/kg=2×10⁵N；故B錯(cuò)誤．
故選D．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了阿基米德原理的應(yīng)用，本題的重點(diǎn)是能從圖中得出相關(guān)信息是本題的關(guān)鍵，難點(diǎn)是利用浮力、拉力以及構(gòu)件重力的關(guān)系求構(gòu)件的密度．