10.邊長為10cm的立方體物塊(ρ<ρ)放入圓柱形容器底部,如圖1所示,逐漸向容器內(nèi)倒入水(水未溢出),測量容器內(nèi)水的深度h,分別計算出該物塊對應受到的浮力F,并繪制了如圖2(實線)所示的圖象.
(1)在水中,h=12cm時,物塊處于漂浮狀態(tài)(選填“漂浮”、“懸浮”、“沉底”),物塊重為8N.
(2)當容器中水深達到4cm時,物塊對容器底部的壓強為多少?
(3)更換另一種液體重復上述實驗,繪制了如圖2(虛線)所示的圖象,該液體的密度為多少?

分析 (1)物體的密度小于水的密度,由圖象可知,水的深度從h=8cm以后物體受到的浮力不再發(fā)生變化,則物體處于漂浮狀態(tài),受到的浮力和重力相等;
(2)當容器中水深達到4cm時,根據(jù)體積公式求出排開水的體積,根據(jù)阿基米德原理求出受到的浮力,物塊的重力減去受到的浮力即為對容器底部的壓力,根據(jù)面積公式求出物塊的底面積即為受力面積,利用p=$\frac{F}{S}$求出物塊對容器底部的壓強;
(3)從圖象中讀出h=10cm以后物體在液體中受到的浮力,比較物體的重力和受到的浮力判斷物體的狀態(tài),根據(jù)阿基米德原理求出液體的密度.

解答 解:(1)由圖象可知,水的深度從h=8cm以后物體受到的浮力8N不再發(fā)生變化,
因ρ<ρ
所以,物體處于漂浮狀態(tài),
因物體漂浮時,受到的浮力和重力相等,
所以,物體的重力G=F=8N;
(2)當容器中水深達到4cm時,物塊排開水的體積:
V=Sh=L2h=(10cm)2×4cm=400cm3=4×10-4m3,
物塊受到的浮力:
FgV=1.0×103kg/m3×10N/kg×4×10-4m3=4N,
物塊對容器底部的壓力:
F=G-F=8N-4N=4N,
受力面積:
S=L2=(10cm)2=100cm2=1×10-2m2,
物塊對容器底部的壓強:
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{4N}{1×1{0}^{-2}{m}^{2}}$=400Pa;
(3)由圖象可知,當h=10cm以后物體在液體中受到的浮力F′=7N不變,
因F′<G,
所以,物體處于沉底狀態(tài),
因物體完全浸沒時排開液體的體積和自身的體積相等,
由F′=ρgV可得,液體的密度:
ρ=$\frac{{F}_{浮}′}{gV}$=$\frac{7N}{10N/kg×(0.1m)^{3}}$=0.7×103kg/m3
答:(1)漂;8;
(2)當容器中水深達到4cm時,物塊對容器底部的壓強為400Pa;
(3)該液體的密度為0.7×103kg/m3

點評 本題考查了物體浮沉條件和阿基米德原理、壓強公式的應用,關(guān)鍵是根據(jù)圖象讀出物體受到的浮力和所處的狀態(tài).

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