Question

小聰學(xué)習(xí)了浮力的有關(guān)知識(shí)后，想探究浮力的大小是否與物體浸沒(méi)在液體中的深度有關(guān)，于是他去物理實(shí)驗(yàn)室找來(lái)一彈簧測(cè)力計(jì)和一個(gè)實(shí)心圓柱體，他用彈簧測(cè)力計(jì)掛著實(shí)心圓柱體，圓柱體的底面剛好與水面接觸（未浸入水）如圖甲，然后將其逐漸浸入水中，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)隨圓柱體下表面逐漸浸入水中深度的變化情況如圖乙，請(qǐng)你幫助他解決下面問(wèn)題（g取10N/kg）
（1）圓柱體受到的最大浮力是

 

N；
（2）圓柱體剛浸沒(méi)時(shí)下表面受到的液體壓強(qiáng)是

 

Pa；
（3）圓柱體的密度是

 

kg/m³
（4）由圖乙可知，浮力的大小與物體浸沒(méi)在液體中的深度

 

（選填：“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”）．

Answer 1

分析：（1）由F-h圖象可知，當(dāng)h=0（圓柱體沒(méi)有浸入水），彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為圓柱體重；當(dāng)h≥12cm（圓柱體全浸入水），彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)加上圓柱體受到的水的浮力等于圓柱體重；據(jù)此求出圓柱體受的浮力（最大浮力）；
（2）由圖知，圓柱體剛浸沒(méi)時(shí)下表面所處的深度為12cm，然后根據(jù)液體壓強(qiáng)公式p=ρgh求此時(shí)圓柱體下表面受到的水的壓強(qiáng)；
（3）彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為圓柱體重；利用重力公式求出圓柱體的質(zhì)量；求出了球全浸入時(shí)受到的浮力，利用阿基米德原理求圓柱體的體積（排開(kāi)水的體積），再利用密度公式求圓柱體的密度．
（4）根據(jù)F_浮=G-F_拉分析浮力變化．

解答：解：（1）∵當(dāng)圓柱體全浸入時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F′=1.6N，
∴圓柱體受到的最大浮力（全浸入時(shí)）：
F_浮=G-F′=2N-1.6N=0.4N；
（2）由圖知，圓柱體剛浸沒(méi)時(shí)下表面所處的深度：
h=10cm=0.1m，
圓柱體剛浸沒(méi)時(shí)下表面受到的液體壓強(qiáng)：
p=ρgh=1×10³kg/m³×10N/kg×0.1m=1000Pa；
（3）由圖可知，圓柱體重G=2N，
∵G=mg
∴圓柱體的質(zhì)量：
m=

G

g

=

2N

10N/kg

=0.2kg，
∵圓柱體全浸入時(shí)圓柱體受到的浮力：
F_浮=ρ_水gV_排=ρ_水gV，
∴圓柱體的體積：
V=

F浮

ρ水g

=

0.4N

1×103kg/m3×10N/kg

=4×10^-5m³，
∴ρ_物=

m

V

=

0.2kg

6×10-5m3

0.2kg

4×10-5

=5×10³kg/m³．
（4）由圖知，物體完全浸沒(méi)后，彈簧測(cè)力計(jì)的拉力不變，根據(jù)F_浮=G-F′可知物體的重力不變，所以浮力不變，所以浮力的大小與物體浸沒(méi)在液體中的深度無(wú)關(guān)．
故答案為：（1）0.4；（2）1000；（3）5×10³；（4）無(wú)關(guān)．

點(diǎn)評(píng)：本題考查知識(shí)點(diǎn)比較多，密度的計(jì)算、重力的計(jì)算、壓強(qiáng)的計(jì)算、浮力的計(jì)算及其公式變形，會(huì)識(shí)圖并從中得出相關(guān)信息是本題的關(guān)鍵，屬于難題．