题目内容

8．在弹簧测力计悬挂一圆柱体，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将要接触为止（水未溢出），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：求：
（1）分析图象可知，圆柱体重力是12N；
（2）圆柱体浸没在水中时，受到的浮力是8N；
（3）圆柱体的密度是1.5×103kg/m3（g=10N/kg）；
（4）在圆柱体浸没后逐渐下降的过程中，水对烧杯底的压力不变，烧杯底对桌面的压强不变（选填“变大”“变小”或“不变”）

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；由公式G=mg求出质量，再由ρ=$\frac{m}{V}$求出物体的密度；
（4）设想情景，CD段表明物体全部浸没液体中，随着圆柱体逐渐下降，液面不再上升，分析水对烧杯底的压力和压强变化．

解答 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=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{8N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=8×10-4m3，
因为物体是全部浸没，所以V物=V排=8×10-4m3，
由公式G=mg可求出物体的质量，
m=$\frac{G}{g}$=$\frac{12N}{10N/kg}$=1.2kg，
ρ物=$\frac{m}{{V}_{物}}$=$\frac{1.2kg}{8×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=1.5×103kg/m3；
（5）在圆柱体浸没后逐渐下降的过程中，排开水的体积不变，液面不再上升，所以水对容器底的压强和压力都不变；烧杯底对桌面的压力不变，压强不变．
故答案为：
（1）12；
（2）8；
（3）1.5×103；
（4）不变；不变．

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，难度偏大．

练习册系列答案
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