Question

小寧同學(xué)在探究浸在液體中的物體所受浮力的規(guī)律時，他先將彈簧測力計一端固定，另一端掛一合金塊A，并放在大燒杯中但沒有接觸杯底，然后往燒杯中注水，發(fā)現(xiàn)彈簧測力計的示數(shù)變化如圖所示．
求：（1）合金塊A受到的重力．（1分）
（2）合金塊A受到的最大浮力．（2分）
（3）合金塊A的密度．（2分）
（4）根據(jù)圖中彈簧測力計的示數(shù)變化情況，你能得出什么規(guī)律？（1分）

Answer 1

分析：（1）分析圖象AB段，合金塊還未浸入水中，由二力平衡知此時彈簧測力計示數(shù)為合金塊重；
（2）分析圖象CD段，合金塊全部浸沒水中，受浮力最大，受到的浮力等于合金塊重減去彈簧測力計的示數(shù)；
（3）求出了合金塊全部浸沒水中時受到的浮力，由阿基米德原理求出V_排，V_物=V_排；由公式G=mg求出合金塊的質(zhì)量，再由ρ=

m

V

求出合金塊的密度；
（4）F_浮=G-F_示，合金塊重不變、彈簧測力計的示數(shù)先不變、后減小、最后不變，據(jù)此分析浮力變化．

解答：解：（1）由圖象可知，AB段，當(dāng)合金塊未浸入水，彈簧測力計示數(shù)為36N，
此時合金塊處于空氣中，根據(jù)二力平衡條件可知，G=F_示=36N．
（2）CD段，彈簧測力計示數(shù)不變，說明此時合金塊已經(jīng)浸沒在水中，
F_浮=G-F_示′=36N-26N=10N．
（3）∵F_浮=ρ_水V_排g，
∴V_排=

F浮

ρ水g

=

10N

1.0×103kg/m3×10N/kg

=1×10^-3m³，
∵合金塊是全部浸沒，
∴V_合金=V_排=1×10^-3m³，
m=

G

g

=

36N

10N/kg

=3.6kg，
ρ_合金=

m

V合金

=

3.6kg

1×10-3m3

=3.6×10³kg/m³；
（4）分析圖象B～D，測力計讀數(shù)變小、不變，因?yàn)镕_浮=G-F_示，所以合金塊受到的浮力先變大、后不變，即：物體在浸沒前，浮力與浸入的體積有關(guān)；浸沒后浮力不變．
答：（1）合金塊A受到的重力為36N；
（2）合金塊A受到的最大浮力為10N；
（3）合金塊A的密度為3.6×10³㎏/m³
（4）物體在浸沒前，浮力與浸入的體積有關(guān)；浸沒后浮力不變．

點(diǎn)評：本題用到的知識點(diǎn)有重力、質(zhì)量、密度、同一直線力的合成、受力分析、阿基米德原理等，考查學(xué)生結(jié)合圖象對所學(xué)知識進(jìn)行綜合分析的能力，難度較大．