Question

11．如圖甲 （a）所示，長方體金屬塊在細(xì)繩豎直向上的拉力作用下從水中開始一直豎直向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，上升到離水面一定的高度處．圖甲（b）是繩子拉力F隨時(shí)間t變化的圖象，根據(jù)圖象信息判斷：
（1）該金屬塊重力的大小為54N．
（2）浸沒在水中的金屬塊受到的浮力大小為20N．
（3）在t₁至t₂時(shí)間段金屬塊在水中受到的浮力逐漸減�。ㄟx填“增大”或“減小”）．
（4）如圖乙所示，一只未點(diǎn)燃的蠟燭的下面插入一根小鐵釘使蠟燭能豎直漂浮在水面上，露出部分的長度為L．當(dāng)把水面以上部分截掉后，剩余部分將A．
A．露出水面一部分  B．懸浮水中  C．下沉  D．無法判斷
（5）小嵐同學(xué)將一只塑料可樂瓶剪去底部制成漏斗，做了如下實(shí)驗(yàn)：
（a）如圖丙（a）所示，把一只乒乓球放在瓶內(nèi)（瓶頸的截面直徑略小于乒乓球的直徑），從上面倒入水，觀察到有水從乒乓球與瓶頸之間的縫隙中流出，但乒乓球并不上�。�乒乓球沒有浮起來的原因是受到重力和水對(duì)它向下的壓力．
（b）如圖丙（b）所示，用手堵住瓶頸的出水口，水繼續(xù)流下并注滿瓶頸后，乒乓球上�。�乒乓球上浮的原因是乒乓球受到的浮力大于乒乓球的重力．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)金屬塊完全露出液面，沒有浸入水中時(shí)，金屬塊不受浮力，此時(shí)拉力等于重力，即為圖中的CD段，據(jù)此求出金屬塊重；
（2）分析繩子拉力隨時(shí)間t變化的圖象，當(dāng)金屬塊從水中一直豎直向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，但未露出液面，此時(shí)金屬塊排開水的體積不變，由阿基米德原理可知，此時(shí)的浮力不變，繩子的拉力也不變，即為圖中的AB段．當(dāng)金屬塊未露出液面時(shí)，拉力等于重力減去浮力，據(jù)此求金屬塊受到的浮力；
（3）首先判斷拉力的在t₁至t₂時(shí)間段內(nèi)的變化，再利用公式F_浮=G-F_拉判斷浮力的變化．
（4）由于蠟塊處于漂浮狀態(tài)，此時(shí)的浮力等于總重力，切去一部分后，所受浮力等于剩余部分的總重力，根據(jù)這一關(guān)系，對(duì)物體進(jìn)行受力分析，再結(jié)合浮沉條件可得出結(jié)論．（5）a、乒乓球上表面受到水的壓力大于下表面受到水的壓力，利用同一直線上二力的合成得出乒乓球受到的合力，分析球不能上浮的原因；
b、水繼續(xù)流下并注滿瓶頸后，根據(jù)物體的浮沉條件分析判斷；

解答 解：（1）當(dāng)金屬塊完全露出液面時(shí)，金屬塊不受浮力，此時(shí)拉力等于重力，即為圖中的CD段，
由圖可知，該金屬塊重力為：G=F_拉=54N；
（2）當(dāng)金屬塊未露出液面時(shí)，即為圖中的AB段，
從圖可知，此時(shí)繩子的拉力為34N，
則金屬塊浸沒時(shí)受到的浮力為：F_浮=G-F_拉=54N-34N=20N；
（3）從圖可知，繩子的拉力在t₁至t₂時(shí)間段內(nèi)逐漸變大，
由F_浮=G-F_拉可知，浮力逐漸變�。�
（4）第一次漂浮時(shí)，物體重力分為三部分：鐵釘重G_鐵、水面以下的蠟燭重G₁、水面以上的蠟燭重G₂，浸入水中的體積設(shè)為V₁，此時(shí)物體受到總浮力為F₁=ρ_水gV₁，此時(shí)浮力等于重力，則F₁=G_鐵+G₁+G₂
切掉G₂后放入水中，假設(shè)完全浸沒，則所受浮力F₂=ρ_水gV₁=F₁＞G_鐵+G₁，物體將上浮，所以物體不會(huì)被浸沒，將有一部分露出水面，故選A．
（5）a、當(dāng)有水從乒乓球與瓶頸之間的縫隙中流出，乒乓球下面的水向下流，下表面受到的壓力為0，上表面受到的水的壓力不為0，受到的合力方向向下，所以乒乓球受到重力和水對(duì)它向下的壓力不能上��；
（2）用手堵住瓶頸的出水口，水繼續(xù)流下并注滿瓶頸后，乒乓球浸沒水中，乒乓球受到的浮力（上下表面產(chǎn)生了壓力差）大于重力，所以乒乓球?qū)⑸细。?br />故答案為：乒乓球受到向下的壓力大于向上的壓力，乒乓球受到的浮力大于重力．故答案為：（1）54；（2）20；（3）減��；（4）A；（5）（a）受到重力和水對(duì)它向下的壓力；（b）乒乓球受到的浮力大于乒乓球的重力．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了重力、浮力、質(zhì)量、密度的計(jì)算以及阿基米德原理和物體浮沉條件的應(yīng)用，關(guān)鍵是公式和公式變形的應(yīng)用，難點(diǎn)是通過圖乙確定金屬塊的重力及繩子受到的拉力、會(huì)用稱重法計(jì)算出金屬塊受到的浮力．