Question

15．一弹簧测力计下挂一圆柱体，将圆柱体从盛有水的烧杯上方离水面某一高度处缓缓下降，然后将其逐渐浸入水中，如图已给出整个过程中弹簧测力计的示数F与圆柱体下降高度h变化关系的实验图象，则下列说法中错误的是（　　）

• A． 圆柱体的高度为4厘米
• B． 圆柱体的重力为12牛
• C． 圆柱体所受的最大浮力为8牛
• D． 圆柱体的密度为3 g/cm³

Answer 1

分析 为了便于分析，给线段标上A、B、C、D四个点，如下图，根据图象分析如下：

（1）根据圆柱体下表面所处的深度可知圆柱体的高度．
（2）由图可知AB段圆柱体未浸入液体，测力计的示数即为圆柱体的重力，所以从图中可读出圆柱体的重力大小．
（3）由图象CD段可知物体完全浸没后排开水的体积不再改变，受到的浮力不再改变，为最大值．
（4）由题意可知图中CD段是圆柱体完全浸入水后的情况，由图可知圆柱体完全浸入水后测力计对圆柱体的拉力为4N，再利用力的平衡条件求出圆柱体受到的浮力，利用阿基米德原理求得圆柱体的体积，利用密度公式求得圆柱体的密度．

解答 解：A、由图象可知，圆柱体在刚浸没时，下表面所处的深度为h=7cm-3cm=4cm=0.04m=4cm，因此圆柱体的高度为4cm，故A正确；
B、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．故B正确；
C、由图象CD段可知物体完全浸没后排开水的体积不再改变，受到的浮力不再改变，则圆柱体受到的最大浮力F_浮=G-F=12N-4N=8N．故C正确；
D、图象中CD段是圆柱体完全浸入水中的情况，此时圆柱体受到的拉力F=4N，则圆柱体受到的浮力F_浮=G-F=12N-4N=8N．
由F_浮=ρ_水gV得：
V_物=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{8N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=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，
则圆柱体密度ρ_物=$\frac{m}{V}$=$\frac{1.2kg}{8×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=1.5×10³kg/m³．故D错误．
故选D．

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、压强的计算等，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．