Question

7．在課外探究活動(dòng)中，物理興趣小組的同學(xué)做了如下實(shí)驗(yàn)（圖1），將一質(zhì)量為1.6kg、底面積為80cm²的圓筒形容器內(nèi)裝入20cm深的水，放在水平桌面上，再把一底面積為60cm²的實(shí)心圓柱體用細(xì)線栓好并懸掛在彈簧測(cè)力計(jì)下，將圓柱體從容器上方離水面某一高度處緩緩下降，然后將其逐漸浸入水中，并繪出整個(gè)過程中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F與圓柱體下降高度h變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)圖象（如圖2），求：
（1）物體剛好浸沒時(shí)受到的浮力；
（2）物體剛好浸沒時(shí)，容器對(duì)桌面的壓強(qiáng)；
（3）物體剛浸沒時(shí)，水對(duì)物體下表面的壓強(qiáng)？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖象，可找出物體從未浸入，到完全浸沒時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的變化，可計(jì)算浮力的大��；
（2）根據(jù)圖象可得出圓柱體并未對(duì)容器底產(chǎn)生直接壓力，則可根據(jù)水的重力和物體的浮力，再加上容器的重力可知容器對(duì)水平桌面的壓力，利用公式p=$\frac{F}{S}$計(jì)算容器對(duì)水平桌面的壓強(qiáng)；
（3）物體剛浸沒時(shí)物體受到的浮力大小，根據(jù)浮力的產(chǎn)生原因可知水對(duì)物體下表面的壓力，利用p=$\frac{F}{S}$計(jì)算下表面受到水的壓強(qiáng)．

解答 解：（1）讀圖象可知，物體未浸入水中時(shí)，其重力為13.6N，當(dāng)達(dá)到7cm時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)保持4N不變，說明此時(shí)已完全浸沒，則所受的浮力：
F_浮=G-F_拉=13.6N-4N=9.6N，
（2）由圖象可知，物體實(shí)際浸沒深度為7cm以下時(shí)物體已經(jīng)浸沒，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為4N不變，說明物體并未對(duì)容器底產(chǎn)生直接壓力，所以，容器對(duì)水平桌面產(chǎn)生的壓力是容器、水的重力與物體對(duì)水產(chǎn)生的壓力之和，由于物體對(duì)水產(chǎn)生的壓力與浮力是一對(duì)相互作用力，則容器對(duì)水平桌面的壓力：
F_容器=G_容器+G_水+F_浮=mg+ρ_水gSh+F_浮
=1.6kg×10N/kg+1.0×10³kg/m³×10N/kg×80×10^-4m²×0.2m+9.6N=41.6N，
則容器對(duì)水平桌面的壓強(qiáng)：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{41.6N}{80×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=5200Pa；
（3）讀圖象可知，物體高度h=7cm-3cm=4cm=0.04m，
下表面受到水的壓強(qiáng)：
p=ρgh=1.0×10³kg/m³×10N/kg×0.04m=400Pa．
答：（1）物體浸沒在水中所受的浮力為9.6N；
（2）物體剛好浸沒時(shí)，容器對(duì)桌面的壓強(qiáng)為5200Pa；
（3）物體剛浸沒時(shí)，水對(duì)物體下表面的壓強(qiáng)為400Pa．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查了密度、壓力、浮力的公式，關(guān)鍵是能夠從圖象中準(zhǔn)確找出有用的信息，再能熟練運(yùn)用相關(guān)的計(jì)算公式，有一定的難度．