Question

17．小涵同学非常喜欢物理，她利用手边的橡皮泥可以完成很多小制作．她将一块橡皮泥捏成边长为3cm，密度为2×10³kg/m³的一个立方体，浸入水中，发现其沉在水底．如果把这块橡皮泥捏成一只小船，发现其漂浮在水面．
（1）请你帮助小涵计算橡皮泥沉在水底时受到的浮力大小？
（2）请你帮助小涵计算橡皮泥漂浮在水面时排开水的体积？
（3）密度大于水的橡皮泥在水中静止时能够漂浮水面．由此得到的启示是：采用空心的方法可以增大物体的浮力．

Answer 1

分析 （1）浸没在水中，根据边长求出物体体积，利用阿基米德原理即可求所受浮力；
（2）当把这块橡皮泥捏成一只小船，浮在水面，根据物体的漂浮条件浮力等于重力，所以求出物体的重力即可得知小船所受的浮力．再根据F_浮=ρ_水gV_排公式变形可求得此时的小船排开水的体积．
（3）采用空心的方法可以增大物体的浮力

解答 解：（1）因为橡皮泥浸没在水中，V_排=V_橡=（0.03m）³=2.7×10^-5m³；
F_浮=G_排=ρ_水g V_排=1.0×10³kg/m³×10N/kg×2.7×10^-5m³=0.27N；
（2）根据ρ=$\frac{m}{V}$得橡皮泥的质量：
m=ρV=2×10³kg/m³×2.7×10^-5=0.054kg；
橡皮泥的重力：
G=mg=0.054kg×10N/kg=0.54N；
把橡皮泥捏成小船，橡皮泥漂浮时，根据二力平衡的条件，小船受到的浮力：F_浮=G_橡=0.54N；
由F_浮=ρ_水g V_排可得，此时的小船排开水的体积：
V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.54N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=5.4×10^-5m³．
（3）橡皮泥实心时浸没在水中浮力为0.27N，把橡皮泥捏成空心的小船的漂浮时的浮力为0.54N，故可以得出采用空心的方法可以增大物体的浮力．
答：（1）浸没在水中时，它受到的浮力是0.27N；
（2）橡皮泥漂浮在水面时排开水的体积为5.4×10^-5m³．
（3）采用空心的方法．

点评 本题是一道关于浮力问题的综合计算题，解题的关键：一是掌握两种浮力的计算方法（阿基米德原理、漂浮条件），二是用好“F_浮?V_排”（知道浮力求排开水的体积，知道排开水的体积求浮力）．