Question

【題目】如圖所示，在一個(gè)底面枳300cm2足夠深的柱形容器內(nèi)裝有深6cm的水．將一個(gè)長(zhǎng)10cm．橫截面枳50cm2的圓柱形實(shí)心塑料塊掛于彈簧測(cè)力計(jì)上．當(dāng)塑料塊底面剛好接觸水面時(shí)．彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為4N．己知彈簧的形變量與受到的拉力成正比，當(dāng)彈簧受到1N的拉力時(shí)伸長(zhǎng)1cm，若往容器內(nèi)緩慢加水； 求：

（1）往容器內(nèi)緩慢加水的過(guò)程中，當(dāng)塑料塊上浮1cm時(shí)．此時(shí)塑料塊所受浮力為多大；
（2）在第（1）問(wèn)中，求容器底部所受水的壓強(qiáng)增加了多少；
（3）當(dāng)加入2000cm3水時(shí)，塑料塊所受浮力是多少？

Answer 1

【答案】
（1）解：當(dāng)塑料塊底面剛好接觸水面時(shí)．彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為4N，即G=4N；

由于彈簧受到1N的拉力時(shí)伸長(zhǎng)1cm，所以當(dāng)塑料塊上浮1cm時(shí)，彈簧的伸長(zhǎng)將減小1cm，則彈簧的拉力減小1N，即測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F1=4N﹣1N=3N，

根據(jù)稱重法F浮=G﹣F可得，此時(shí)塑料塊受到浮力：F浮=G﹣F1=4N﹣3N=1N

答：此時(shí)塑料塊所受浮力為1N；

（2）解：當(dāng)塑料塊上浮1cm時(shí)，由F浮=ρgV排得塑料塊浸入水中的體積：

V排= = =1×10﹣4m3=100cm3；

則塑料塊浸入水的深度為：h浸= = =2cm，

由于塑料塊上浮1cm，則塑料塊底面上升1cm，水面升高到塑料塊底面上方2cm處；

所以，兩種情況下的高度之和就是水面升高的高度，即△h=2cm+1cm=3cm；

則容器底部所受水的壓強(qiáng)增大量：△p=ρ水g△h=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.03m=300Pa

答：容器底部所受水的壓強(qiáng)增加了300Pa；

（3）解：設(shè)當(dāng)加入2000cm3水時(shí)，塑料塊上浮hm，則彈簧的伸長(zhǎng)將減小hm，

由于彈簧受到1N的拉力時(shí)伸長(zhǎng)1cm，則彈簧的拉力減小量為△F1=100hN，

此時(shí)塑料塊受到浮力F浮′=△F1=100hN．

由F浮=ρgV排得此時(shí)塑料塊浸入水中的體積：

V排′= = ；

則塑料塊浸入水的深度為h浸′= = ，

所以，S容器h+（S容器﹣S塑料）h浸′=V加水．

即：S容器h+（S容器﹣S塑料） =V加水．

即300×10﹣4m2×hm+（300×10﹣4m2﹣50×10﹣4m2）× =2000×10﹣6m3，

解得：h=0.025，

所以當(dāng)加入2000cm3水時(shí)，塑料塊上浮0.025m，塑料塊受到浮力：

F浮′=△F1=100hN=100×0.025N=2.5N．

答：當(dāng)加入2000cm3水時(shí)，塑料塊所受浮力是2.5N．

【解析】（1）塑料塊上浮1cm，得出測(cè)力計(jì)的拉力，利用稱重法求出浮力；（2）根據(jù)公式F浮=ρ水gV排求出排開(kāi)水的體積；再根據(jù)公式h= 求出物塊浸沒(méi)在水中的高度，最后兩種情況下的高度之和就是水面變化的高度，根據(jù)p=ρgh求容器底部所受壓強(qiáng)．（3）當(dāng)加入2000cm3水時(shí)，塑料塊會(huì)上浮的高度hm，得出浮力，最小高度，根據(jù)阿基米德原理求出塑料塊浸入水中的體積（排開(kāi)水的體積），則即可求出物體浸沒(méi)的深度， 則兩種情況下的高度之和就是水面變化的高度，根據(jù)底面積求出加入水的體積，由于加入水的體積已知，據(jù)此即可求出塑料塊會(huì)上浮的高度hm，繼而求出浮力．
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解液體的壓強(qiáng)的計(jì)算的相關(guān)知識(shí)，掌握液體內(nèi)部壓強(qiáng)的公式：p=ρgh ρ指密度,單位kg/m3,g=9.8N/kg, h指深度,單位:m,壓強(qiáng)單位(Pa) 注意：h 指液體的深度，即某點(diǎn)到液面的距離，以及對(duì)浮力大小的計(jì)算的理解，了解浮力的公式為：F浮= G排 =ρ液gv排．