Question

10．某同學利用如圖1所示的實驗，探究影響浮力大小的因素．
（1）對比甲、乙、丙三圖，得到的探究浮力的大小與液體密度有關；
（2）將浸沒在水中的圓柱體以1cm/s的速度勻速向上提出水面的過程中，作出了彈簧測力計示數(shù)F與運動時間關系圖，如圖2所示，則該物體浸沒在水中時受到的浮力為多少N？物體的重力是多少N？（g取10N/kg）
（3）該圓柱體密度是多少？
（4）若將圓柱體放在水平面上時對水平面的壓強是多少？
（5）丙圖中彈簧測力計示數(shù)為3.3N，則酒精密度為多少？

Answer 1

分析 （1）物體所受浮力的大小與液體的密度和排開液體的體積有關，在實驗探究影響浮力大小因素時應采用控制變量法；
（2）根據(jù)彈簧測力計示數(shù)F與運動時間關系圖，可知，當物體全部露出水面時，彈簧測力計的示數(shù)即為物體的重力，然后可求得其浮力．
（3）根據(jù)求得的浮力，利用F_浮=ρgV_排可求得其體積，因為物體全部浸沒，此時V=V_排，根據(jù)G=mg可求得其質量，再利用密度公式求解密度．
（4）根據(jù)圓柱體以1cm/s的速度勻速向上提，結合圖象可求得其高度，然后可求得其面積，圓柱體放在水平面上時對水平面的壓力等于其重力，再利用壓強公式求解即可；
（5）根據(jù)F_浮=G-F_拉求得圓柱體在酒精中受到的浮力，再利用F_浮=ρgV_排可求得酒精的密度．

解答 解：（1）由圖甲、乙、丙所示實驗可知，保持了物體的深度不變，物體排開液體的體積相同，液體的種類不同，彈簧測力計的示數(shù)也不同，因此可得出結論：浮力的大小與液體的密度有關；
（2）由“彈簧測力計示數(shù)F與運動時間關系圖”可知，當物體全部露出水面時，彈簧測力計的示數(shù)為4.5N，即物體的重力為4.5N，
則浮力F_浮=G-F_拉=4.5N-3N=1.5N；
（3）由F_浮=ρgV_排可得，V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.5N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.5×10^-4m³，
m=$\frac{G}{g}$=$\frac{4.5N}{10N/kg}$=0.45kg，
圓柱體密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.45kg}{1.5×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=3×10³kg/m³；
（4）由v=$\frac{s}{t}$可得，圓柱體高度h=1cm/s×8s=8cm=0.08m，
圓柱體面積S=$\frac{V}{h}$=$\frac{1.5×1{0}^{-4}{m}^{3}}{0.08m}$=1.875×10^-3m²，
圓柱體放在水平面上時對水平面的壓強是p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{4.5N}{1.875×1{0}^{-3}{m}^{2}}$=2.4×10³Pa．
（5）丙圖中彈簧測力計示數(shù)為3.3N，則F_浮酒精=4.5N-3.3N=1.2N，
由F_浮酒精=ρ_酒精gV_排可得ρ_酒精=$\frac{{F}_{浮酒精}}{g{V}_{排}}$=$\frac{1.2N}{10N/kg×1.5×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=0.8×10³kg/m³．
答：（1）液體密度；
（2）物體浸沒在水中時受到的浮力為1.5N；物體的重力是4.5N；
（3）該圓柱體密度是3×10³kg/m³；
（4）若將圓柱體放在水平面上時對水平面的壓強是2.4×10³Pa；
（5）丙圖中彈簧測力計示數(shù)為3.3N，則酒精密度為0.8×10³kg/m³．

點評 本題用到的知識點有重力、質量、密度、二力平衡、受力分析、阿基米德原理、壓強的計算等，考查學生結合圖象對所學知識進行綜合分析的能力，難度較大．