如图1所示,一底面积为4×10-3m2的圆柱体静止在水平桌面上.用弹簧测力计挂着此圆柱体从盛水的烧杯上方某一高度缓慢下降,烧杯中原来水的深度为20cm.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,整个过程所用时间为10s.图2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.(取g=10N/kg)求:
(1)此圆柱体的重力是多少?
(2)圆柱体未浸入水中时,烧杯底部受到水的压强是多少?
(3)圆柱体浸没在水中时,受到的浮力是多少?
(4)圆柱体的体积是多少?
(5)圆柱体的密度是多少?
(6)圆柱体在整个运动过程中的平均速度是多少?
(7)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,实质上是指______越大,受到的浮力越大.
(8)分析图象CD段,可得结论:物体浸没液体后,物体所受浮力大小与______无关.
网友回答
解:(1)由图可知,弹簧测力计示数为12N,此时圆柱体在空气中,根据二力平衡条件可知,G=F示=12N;
(2)因圆柱体未浸入水中,因此受到的液体压强P=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2000Pa,
(3)从h=14cm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,
则对圆柱体受力分析可知,
F浮=G-F示=12N-8N=4N;
(4)由阿基米德原理F浮=ρ液V排g得:
V排===4×10-4m3,
因为物体是全部浸没,所以V物=V排=4×10-4m3,
(5)由公式G=mg可求出物体的质量:
m===1.2kg,
ρ物===3×103kg/m3;
(6)圆柱体在整个运动过程中的平均速度v===0.026m/s.
(7)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.所以物体浸没液体之前,浸入液体的深度越深,实质上是指排开液体的体积越大,受到的浮力越大.
(8)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.即物体浸没液体后,物体所受浮力大小与浸入液体的深度无关.
故