Question

物理興趣小組同學對物體的浮沉條件進行研究，在一個重為4N，底面積為200cm²的圓柱形薄壁玻璃容器底部，放一個連長為10cm的正方體物塊，然后逐漸向容器中倒水（始終未溢出）．通過測量容器中水的深度h，分別計算出該物塊所受到的浮力F_浮，并繪制了如圖所示的圖象．請你解答下列問題（g取10N/kg）．
（1）分析圖象可知，當水深增至8cm后，物體受到哪些力的作用？物塊處于什么狀態(tài)？
（2）物塊的密度是多少？
（3）將物塊取出后，若容器中水的重力為20N，此時容器對水平桌面的壓強是多少？

Answer 1

解：（1）由圖象可知：水的深度由0逐漸增加到8cm的過程中，物塊受到的浮力F_浮越來越大；
當水深增至8cm后，物體所受的浮力F_浮不變，但由于物體的邊長大于8cm，所以說明這時物體受到的浮力最大，且物體有露出水面的體積，所以看判斷物體是處于漂浮狀態(tài)，則物體只受重力和浮力的作用．
（2）由圖象可知，當水深度是8cm后，物體受到的浮力不再隨水深度的變化而變化，物體處于漂浮狀態(tài)，
∴物體的重力G_物=F_浮=ρ_水gV_排=1×10³kg/m³×10N/kg×（0.1m）²×0.08m=8N，
∵G=mg，
∴物體的質(zhì)量m_物===0.8kg，
物體的密度ρ===800kg/m³；
（3）容器對水平桌面的壓力F=G_水+G_容器=20N+4N=24N，容器對水平桌面的壓強p===1200Pa．
答：（1）當水深增至8cm后，物體處于漂浮狀態(tài)，只受重力和浮力的作用．
（2）物體的密度是800kg/m³．
（3）將物體取出后，若容器中水的重力為20N，此時容器對水平桌面的壓強是1200Pa．
分析：（1）看懂圖象中隨著水的深度的增大物體受到的浮力的變化規(guī)律，然后判斷當水深增至8cm后物體的狀態(tài)；
（2）確定了物塊漂浮，便可根據(jù)圖中的浮力得出物塊的重力，再利用密度公式即可求出物塊的密度．
（3）求出容器對桌面的壓力，然后由壓強公式求出容器對桌面的壓強．
點評：閱讀圖象，從中獲取有用的數(shù)據(jù)是本題解決的關(guān)鍵．其中通過比較水深與物塊邊長判斷物塊的浮沉狀況，決定了能否順利求出物塊的重力與密度，值得我們學習與借鑒．