Question

1．小明用如圖甲所示的裝置，探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)．物體A是底面積為5cm²、高為6cm的實(shí)心圓柱形物體，彈簧測力計(jì)的分度值是0.1N（計(jì)算過程中，g取10N/kg）．
（1）小明用彈簧測力計(jì)提著物體A逐漸浸入液體中，直到物體的下表面與燒杯底部將要接觸時(shí)為止，在此過程中，小明記下了物體的下表面浸入液體中的深度h和彈簧測力計(jì)的示數(shù)F，并繪制出圖乙所示的圖象．
（2）物體浸沒前，隨著浸入液體中深度的逐漸增加，物體所受的浮力增大．
（3）由圖象可知：物體重為2.4N；還可求出燒杯中液體的密度為2×10³kg/m³．
（4）同組的小紅用相同的彈簧測力計(jì)、物體A和水來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，她的實(shí)驗(yàn)過程是：保持物體下表面所處的位置不變，緩慢地向燒杯內(nèi)加水，當(dāng)所加水使物體A剛好浸沒時(shí)（水未溢出），燒杯底部受到水的壓強(qiáng)增加了630Pa．（已知在一定范圍內(nèi)，彈簧受到的拉力每減小0.1N，彈簧的長度就縮短0.1cm）．

Answer 1

分析 （2）由F_浮=G-F_示，根據(jù)彈簧測力計(jì)的讀數(shù)逐漸變小得出所受的浮力的變化；
（3）根據(jù)二力平衡，物體的重G等于h=0時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)；圖乙中水平線表明物體全部浸沒在液體中的過程．由F_浮=G-F_示求出浸沒時(shí)物體受到的浮力，根據(jù)阿基米德原理求液體的密度；
（4）根據(jù)物體浸沒時(shí)受到的浮力求出彈簧縮短的距離，算出加水的總深度，根據(jù)△p=ρ_水g△h求出水增加的壓強(qiáng)．

解答 解：（2）圖乙中斜線表示物體正在浸入液體至剛好浸沒的過程，彈簧測力計(jì)的讀數(shù)逐漸變小，由F_浮=G-F_示可知，物體所受的浮力逐漸增大；
（3）當(dāng)h=0時(shí)，彈簧測力計(jì)的示數(shù)F_示1=2.4N，即物體的重力G=2.4N，圖中水平線表示彈簧測力計(jì)的示數(shù)F_示2=1.8N，物體浸沒時(shí)受到的浮力大小F_浮全=G-F_示2=2.4N-1.8N=0.6N，
根據(jù)阿基米原理可得液體的密度：
ρ_液=$\frac{{F}_{浮全}}{{V}_{排}g}$=$\frac{{F}_{浮全}}{{V}_{物}g}$=$\frac{0.6N}{5×6{{×10}^{-6}m}^{3}×10N/kg}$=2×10³kg/m³；
（4）圓柱形物體高為6cm，根據(jù)圖丙所示，設(shè)當(dāng)加h₁=6cm深的水時(shí)物體剛好浸沒，物體浸沒時(shí)受到的浮力F′_浮全=ρ_水gV_物=10³kg/m³×10N/kg×5×6×10^-6m³=0.3N，
已知在一定范圍內(nèi)，彈簧受到的拉力每減小0.1N，彈簧的長度就縮短0.1cm；
所以，彈簧縮短了3×0.1cm=0.3cm，即物體向上升高了0.3cm，故還應(yīng)再加h₂=0.3cm深的水能使物體A剛好浸沒；故水的深度共增加：△h=h₁+h₂=6cm+0.3cm=6.3cm，
燒杯底部受到水的壓強(qiáng)增加：△p=ρ_水g△h=10³kg/m³×10N/kg×6.3×10^-2m=630Pa．
故答案為：（2）增大；（3）2.4； 2×10³； （4）630．

點(diǎn)評 此題探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)，綜合考查二力平衡、阿基米德原理、液體的壓強(qiáng)，測液體的密度等知識(shí)，綜合性較強(qiáng)．根據(jù)圖乙明確對應(yīng)的物理過程是解題的關(guān)鍵，而計(jì)算水增加的深度是本題的難點(diǎn)．