Question

4．将一密度比水小的木块，系好绳子后放入甲图容器中，并把绳子的另一端固定在容器底部的中央，然后沿器壁缓慢匀速倒入水（忽略其他因素影响），容器中水浴木块位置变化如乙图．请你在丙图中画出木块从加水到浸没后的过程中浮力随时间的变化情况图，并说出各段变化的理由．（温馨提示：t₁时木块恰好离开杯底，t₂时绳子刚好拉直，t₃时木块刚好充全浸没．）

Answer 1

分析 根据阿基米德原理及物体漂浮时浮力与重力的关系进行分析，将整个过程分为离开容器底前、漂浮且绳子未拉直时、绳子拉直后未完全浸没前、完全浸没后几个阶段进行分析．

解答 答：由F_浮=ρ_液gV_排，ρ_液、g不变，V_排越大，F_浮越大；
从0→t₁加水过程中，木块没有离开杯底，木块排开水的体积增大，浮力增大；
从t₁→t₂加水的过程中，木块离开杯底处于漂浮状态，排开水的体积不变，浮力不变；
从t₂→t₃加水过程中，绳子拉直，木块排开水的体积又不断变大，浮力再次变大；
从t₃→t₄加水过程中，木块完全浸没，排开水的体积不再发生变化，浮力也不再发生变化．
图象如图所示：

点评 本题通过对木块所受浮力的分析，考查了对阿基米德原理和浮沉条件的理解和掌握，通过对过程的分析，更锻炼了学生分析问题的能力．