学习了浮力有关知识后,同学们都已经知道:浮力跟物体所浸在的液体密度、排开液体的体积有关.但王丽总感到:浮力大小应与物体所在液体的深度有关,并猜想:“深度越深,浮力越大”.于是做了如下实验:她在弹簧测力计下挂一圆柱体,从盛水的烧杯上方某一高度缓慢下降,圆柱体浸没后继续下降,直到圆柱体底面接近烧杯底部接触为止,如图所示是圆柱体下降过程中弹簧测力计读数F随圆柱体下降高度h变化的图象.
(1)分析图象可知,圆柱体的重力是________N;
(2)圆柱体浸没在水中时,受到的浮力是________N;
(3)圆柱体的体积是________m3;
(4)圆柱体的密度是________kg/m3;
(5)分析图象BC段,可得结论:物体浸没液体之前,浸入液体的深度越深,受到的浮力越________(选填“大”或“小”);
(6)分析图象CD段,可得结论:________.
解:(1)由图象可知,当h=0时,弹簧测力计示数为12N,
此时圆柱体处于空气中,根据二力平衡条件可知,G=F拉=12N.
(2)从h=7cm开始,弹簧测力计示数不变,说明此时圆柱体已经浸没在水中,对圆柱体受力分析可知,
F浮=G-F拉=12N-4N=8N.
(3)由阿基米德原理F浮=ρ液V排g得:
V排===8×10-4m3,
∵物体是全部浸没,
∴V物=V排=8×10-4m3,
(4)由公式G=mg可求出物体的质量,
m===1.2kg,
ρ物===1.5×103kg/m3;
(5)分析图象BC段,物体在液体中的深度逐渐增加,测力计读数在减小,
说明物体在慢慢浸入水中,V排在逐渐增大,物体受到的浮力也在逐渐增大.
(6)分析图象CD段,深度在增加,而测力计的读数不变,
说明物体全部浸没水中,V排不变,浮力不变.
故答案为:
(1)12;(2)8;(3)8×10-4;(4)1.5×103;(5)大;
(6)物体浸没到液体中后,浮力大小不变或者说物体浸没到液体中后,物体所受的浮力与物体浸入的深度无关.
由题知,物体缓慢下落,整个过程中物体受力平衡,图象反映的是圆柱体下降过程中弹簧测力计读数F随圆柱体下降高度h的变化关系:
(1)分析图象AB段,物体还未浸入水中,由二力平衡知此时弹簧对圆柱体的拉力即为物重;
(2)分析图象CD段,物体全部浸没水中,对物体受力分析(如右图所示)求其受到的浮力;
(3)由阿基米德原理求出V排,V物=V排;
(4)由公式G=mg求出质量,再由ρ=求出物体的密度;
(5)分析BC段,为物体慢慢浸入液体、直到浸没的过程,弹簧测力计的读数逐渐变小,由图知浮力的变化;
(6)CD段表明物体全部浸没液体中,测力计的读数不变,说明了浮力不再变化.
点评:本题用到的知识点有重力、质量、密度、单位换算、二力平衡、受力分析、阿基米德原理等,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.