Question

10．某同学利用如图1所示的实验，探究影响浮力大小的因素．
（1）对比甲、乙、丙三图，得到的探究浮力的大小与液体密度有关；
（2）将浸没在水中的圆柱体以1cm/s的速度匀速向上提出水面的过程中，作出了弹簧测力计示数F与运动时间关系图，如图2所示，则该物体浸没在水中时受到的浮力为多少N？物体的重力是多少N？（g取10N/kg）
（3）该圆柱体密度是多少？
（4）若将圆柱体放在水平面上时对水平面的压强是多少？
（5）丙图中弹簧测力计示数为3.3N，则酒精密度为多少？

Answer 1

分析 （1）物体所受浮力的大小与液体的密度和排开液体的体积有关，在实验探究影响浮力大小因素时应采用控制变量法；
（2）根据弹簧测力计示数F与运动时间关系图，可知，当物体全部露出水面时，弹簧测力计的示数即为物体的重力，然后可求得其浮力．
（3）根据求得的浮力，利用F_浮=ρgV_排可求得其体积，因为物体全部浸没，此时V=V_排，根据G=mg可求得其质量，再利用密度公式求解密度．
（4）根据圆柱体以1cm/s的速度匀速向上提，结合图象可求得其高度，然后可求得其面积，圆柱体放在水平面上时对水平面的压力等于其重力，再利用压强公式求解即可；
（5）根据F_浮=G-F_拉求得圆柱体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）由图甲、乙、丙所示实验可知，保持了物体的深度不变，物体排开液体的体积相同，液体的种类不同，弹簧测力计的示数也不同，因此可得出结论：浮力的大小与液体的密度有关；
（2）由“弹簧测力计示数F与运动时间关系图”可知，当物体全部露出水面时，弹簧测力计的示数为4.5N，即物体的重力为4.5N，
则浮力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，
圆柱体密度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，圆柱体高度h=1cm/s×8s=8cm=0.08m，
圆柱体面积S=$\frac{V}{h}$=$\frac{1.5×1{0}^{-4}{m}^{3}}{0.08m}$=1.875×10^-3m²，
圆柱体放在水平面上时对水平面的压强是p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{4.5N}{1.875×1{0}^{-3}{m}^{2}}$=2.4×10³Pa．
（5）丙图中弹簧测力计示数为3.3N，则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）液体密度；
（2）物体浸没在水中时受到的浮力为1.5N；物体的重力是4.5N；
（3）该圆柱体密度是3×10³kg/m³；
（4）若将圆柱体放在水平面上时对水平面的压强是2.4×10³Pa；
（5）丙图中弹簧测力计示数为3.3N，则酒精密度为0.8×10³kg/m³．

点评 本题用到的知识点有重力、质量、密度、二力平衡、受力分析、阿基米德原理、压强的计算等，考查学生结合图象对所学知识进行综合分析的能力，难度较大．