Question

1．小明用如图甲所示的装置，探究浮力的大小与哪些因素有关．物体A是底面积为5cm²、高为6cm的实心圆柱形物体，弹簧测力计的分度值是0.1N（计算过程中，g取10N/kg）．
（1）小明用弹簧测力计提着物体A逐渐浸入液体中，直到物体的下表面与烧杯底部将要接触时为止，在此过程中，小明记下了物体的下表面浸入液体中的深度h和弹簧测力计的示数F，并绘制出图乙所示的图象．
（2）物体浸没前，随着浸入液体中深度的逐渐增加，物体所受的浮力增大．
（3）由图象可知：物体重为2.4N；还可求出烧杯中液体的密度为2×10³kg/m³．
（4）同组的小红用相同的弹簧测力计、物体A和水来进行实验探究，她的实验过程是：保持物体下表面所处的位置不变，缓慢地向烧杯内加水，当所加水使物体A刚好浸没时（水未溢出），烧杯底部受到水的压强增加了630Pa．（已知在一定范围内，弹簧受到的拉力每减小0.1N，弹簧的长度就缩短0.1cm）．

Answer 1

分析 （2）由F_浮=G-F_示，根据弹簧测力计的读数逐渐变小得出所受的浮力的变化；
（3）根据二力平衡，物体的重G等于h=0时弹簧测力计的示数；图乙中水平线表明物体全部浸没在液体中的过程．由F_浮=G-F_示求出浸没时物体受到的浮力，根据阿基米德原理求液体的密度；
（4）根据物体浸没时受到的浮力求出弹簧缩短的距离，算出加水的总深度，根据△p=ρ_水g△h求出水增加的压强．

解答 解：（2）图乙中斜线表示物体正在浸入液体至刚好浸没的过程，弹簧测力计的读数逐渐变小，由F_浮=G-F_示可知，物体所受的浮力逐渐增大；
（3）当h=0时，弹簧测力计的示数F_示1=2.4N，即物体的重力G=2.4N，图中水平线表示弹簧测力计的示数F_示2=1.8N，物体浸没时受到的浮力大小F_浮全=G-F_示2=2.4N-1.8N=0.6N，
根据阿基米原理可得液体的密度：
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）圆柱形物体高为6cm，根据图丙所示，设当加h₁=6cm深的水时物体刚好浸没，物体浸没时受到的浮力F′_浮全=ρ_水gV_物=10³kg/m³×10N/kg×5×6×10^-6m³=0.3N，
已知在一定范围内，弹簧受到的拉力每减小0.1N，弹簧的长度就缩短0.1cm；
所以，弹簧缩短了3×0.1cm=0.3cm，即物体向上升高了0.3cm，故还应再加h₂=0.3cm深的水能使物体A刚好浸没；故水的深度共增加：△h=h₁+h₂=6cm+0.3cm=6.3cm，
烧杯底部受到水的压强增加：△p=ρ_水g△h=10³kg/m³×10N/kg×6.3×10^-2m=630Pa．
故答案为：（2）增大；（3）2.4； 2×10³； （4）630．

点评 此题探究浮力的大小与哪些因素有关，综合考查二力平衡、阿基米德原理、液体的压强，测液体的密度等知识，综合性较强．根据图乙明确对应的物理过程是解题的关键，而计算水增加的深度是本题的难点．