8. 弹簧测力计下端挂一个物体,将物体从盛有适量水的烧杯上方离水面某一高度处缓缓下降,将其逐渐浸入水中,如图甲所示。图乙是弹簧测力计示数F与物体下降高度h变化关系的图像。求:
(1)物体受到的最大浮力。
(2)物体的密度。(g取10N/kg)

(1)物体受到的最大浮力。
(2)物体的密度。(g取10N/kg)
答案
(1) $F_{浮}=G-F=9\mathrm{N}-5\mathrm{N}=4\mathrm{N}$
(2) $V=V_{排液}=\frac{F_{浮}}{\rho_{液}g}=\frac{4\mathrm{N}}{1.0×10^3\mathrm{kg/m}^3×10\mathrm{N/kg}}=4×10^{-4}\mathrm{m}^3$,$m=\frac{G}{g}=\frac{9\mathrm{N}}{10\mathrm{N/kg}}=0.9\mathrm{kg}$,$\rho=\frac{m}{V}=\frac{0.9\mathrm{kg}}{4×10^{-4}\mathrm{m}^3}=2.25×10^3\mathrm{kg/m}^3$
(2) $V=V_{排液}=\frac{F_{浮}}{\rho_{液}g}=\frac{4\mathrm{N}}{1.0×10^3\mathrm{kg/m}^3×10\mathrm{N/kg}}=4×10^{-4}\mathrm{m}^3$,$m=\frac{G}{g}=\frac{9\mathrm{N}}{10\mathrm{N/kg}}=0.9\mathrm{kg}$,$\rho=\frac{m}{V}=\frac{0.9\mathrm{kg}}{4×10^{-4}\mathrm{m}^3}=2.25×10^3\mathrm{kg/m}^3$
解析
【分析】
要解决这道题,需从图乙中提取关键信息:当物体未浸入水中时,弹簧测力计示数等于物体重力;当物体完全浸没后,示数稳定,此时浮力最大。解题步骤为:1. 确定物体重力和完全浸没时的拉力,用称重法计算最大浮力;2. 利用阿基米德原理求出物体体积,结合重力算出物体质量,再计算物体密度。
【解析】
(1)由图乙可知,物体未浸入水中时,弹簧测力计示数等于物体重力,即$ G = 9\mathrm{N} $;物体完全浸没在水中后,弹簧测力计示数稳定为$ F = 5\mathrm{N} $,此时浮力最大。根据称重法测浮力:
$ F_{浮最大} = G - F = 9\mathrm{N} - 5\mathrm{N} = 4\mathrm{N} $
(2)物体完全浸没时,排开水的体积等于自身体积,根据阿基米德原理$ F_{浮} = \rho_{水}gV_{排} $,可得物体体积:
$ V = V_{排} = \frac{F_{浮最大}}{\rho_{水}g} = \frac{4\mathrm{N}}{1.0×10^3\mathrm{kg/m}^3×10\mathrm{N/kg}} = 4×10^{-4}\mathrm{m}^3 $
由重力公式$ G = mg $,得物体质量:
$ m = \frac{G}{g} = \frac{9\mathrm{N}}{10\mathrm{N/kg}} = 0.9\mathrm{kg} $
则物体的密度:
$ \rho = \frac{m}{V} = \frac{0.9\mathrm{kg}}{4×10^{-4}\mathrm{m}^3} = 2.25×10^3\mathrm{kg/m}^3 $
【答案】
(1)物体受到的最大浮力为$ 4\mathrm{N} $;(2)物体的密度为$ 2.25×10^3\mathrm{kg/m}^3 $
【知识点】
浮力计算、阿基米德原理、密度计算
【点评】
本题结合图像考查浮力与密度的综合计算,关键是从图像中提取物体重力和完全浸没时的拉力,利用称重法、阿基米德原理及密度公式逐步推导,属于基础力学题,注重公式应用和图像信息的分析能力。
【难度系数】
0.6
要解决这道题,需从图乙中提取关键信息:当物体未浸入水中时,弹簧测力计示数等于物体重力;当物体完全浸没后,示数稳定,此时浮力最大。解题步骤为:1. 确定物体重力和完全浸没时的拉力,用称重法计算最大浮力;2. 利用阿基米德原理求出物体体积,结合重力算出物体质量,再计算物体密度。
【解析】
(1)由图乙可知,物体未浸入水中时,弹簧测力计示数等于物体重力,即$ G = 9\mathrm{N} $;物体完全浸没在水中后,弹簧测力计示数稳定为$ F = 5\mathrm{N} $,此时浮力最大。根据称重法测浮力:
$ F_{浮最大} = G - F = 9\mathrm{N} - 5\mathrm{N} = 4\mathrm{N} $
(2)物体完全浸没时,排开水的体积等于自身体积,根据阿基米德原理$ F_{浮} = \rho_{水}gV_{排} $,可得物体体积:
$ V = V_{排} = \frac{F_{浮最大}}{\rho_{水}g} = \frac{4\mathrm{N}}{1.0×10^3\mathrm{kg/m}^3×10\mathrm{N/kg}} = 4×10^{-4}\mathrm{m}^3 $
由重力公式$ G = mg $,得物体质量:
$ m = \frac{G}{g} = \frac{9\mathrm{N}}{10\mathrm{N/kg}} = 0.9\mathrm{kg} $
则物体的密度:
$ \rho = \frac{m}{V} = \frac{0.9\mathrm{kg}}{4×10^{-4}\mathrm{m}^3} = 2.25×10^3\mathrm{kg/m}^3 $
【答案】
(1)物体受到的最大浮力为$ 4\mathrm{N} $;(2)物体的密度为$ 2.25×10^3\mathrm{kg/m}^3 $
【知识点】
浮力计算、阿基米德原理、密度计算
【点评】
本题结合图像考查浮力与密度的综合计算,关键是从图像中提取物体重力和完全浸没时的拉力,利用称重法、阿基米德原理及密度公式逐步推导,属于基础力学题,注重公式应用和图像信息的分析能力。
【难度系数】
0.6
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