如图甲,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,直到圆柱体底面与烧杯底部接触为止.如图乙所示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的变化图象.试求:(g取10N/kg)
(1)圆柱体受到的最大浮力.
(2)圆柱体的密度.
网友回答
解:(1)由图象可知,当h=0时,弹簧测力计示数为12N,
此时圆柱体在空气中,G=F示=12N,
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示=12N-4N=8N,
(2)∵F浮=ρ水V排g,
∴V排===8×10-4m3,
∵物体是全部浸没,
∴圆柱体的体积:
V=V排=8×10-4m3,
∵G=mg,
∴m===1.2kg,
圆柱体的密度:
ρ===1.5×103kg/m3.
答:(1)圆柱体受到的最大浮力为8N.
(2)圆柱体的密度为1.5×103kg/m3.
解析分析: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等于物重;分析图象CD段,物体全部浸没水中,对物体受力分析(如图所示)求其受到的浮力;
(2)由阿基米德原理求出V排,V物=V排,由公式G=mg求出质量,再由密度公式求出圆柱体的密度.
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.