Question

小寧同學在探究浸在液體中的物體所受浮力的規律時，他先將彈簧測力計一端固定，另一端掛一合金塊A，并放在大燒杯中但沒有接觸杯底，然后往燒杯中注水，發現彈簧測力計的示數變化如圖所示．
求：（1）合金塊A受到的重力．（1分）
（2）合金塊A受到的最大浮力．（2分）
（3）合金塊A的密度．（2分）
（4）根據圖中彈簧測力計的示數變化情況，你能得出什么規律？（1分）

Answer 1

解：（1）由圖象可知，AB段，當合金塊未浸入水，彈簧測力計示數為36N，
此時合金塊處于空氣中，根據二力平衡條件可知，G=F_示=36N．
（2）CD段，彈簧測力計示數不變，說明此時合金塊已經浸沒在水中，
F_浮=G-F_示′=36N-26N=10N．
（3）∵F_浮=ρ_水V_排g，
∴V_排===1×10^-3m³，
∵合金塊是全部浸沒，
∴V_合金=V_排=1×10^-3m³，
m===3.6kg，
ρ_合金===3.6×10³kg/m³；
（4）分析圖象B～D，測力計讀數變小、不變，因為F_浮=G-F_示，所以合金塊受到的浮力先變大、后不變，即：物體在浸沒前，浮力與浸入的體積有關；浸沒后浮力不變．
答：（1）合金塊A受到的重力為36N；
（2）合金塊A受到的最大浮力為10N；
（3）合金塊A的密度為3.6×10³㎏/m³
（4）物體在浸沒前，浮力與浸入的體積有關；浸沒后浮力不變．
分析：（1）分析圖象AB段，合金塊還未浸入水中，由二力平衡知此時彈簧測力計示數為合金塊重；
（2）分析圖象CD段，合金塊全部浸沒水中，受浮力最大，受到的浮力等于合金塊重減去彈簧測力計的示數；
（3）求出了合金塊全部浸沒水中時受到的浮力，由阿基米德原理求出V_排，V_物=V_排；由公式G=mg求出合金塊的質量，再由ρ=求出合金塊的密度；
（4）F_浮=G-F_示，合金塊重不變、彈簧測力計的示數先不變、后減小、最后不變，據此分析浮力變化．
點評：本題用到的知識點有重力、質量、密度、同一直線力的合成、受力分析、阿基米德原理等，考查學生結合圖象對所學知識進行綜合分析的能力，難度較大．