Question

某校物理興趣小組同學對物體的浮沉條件進行研究：在一個重為4N，底面積為200cm²的圓柱形薄壁玻璃容器底部，放一個邊長為10cm的正方體物塊，然后逐漸向容器中倒水（水始終未溢出）．通過測量容器中水的深度h，分別計算出該物塊所受到的浮力F_浮，并繪制了如圖所示的圖象．請你解答下列問題（g取10N/kg）．
（1）分析圖象可知，水的深度由0逐漸增加到8cm的過程中，物塊受到的浮力越來越______，繼續往容器中倒水，隨著水的深度增加，水對容器底部的壓強______．當水深增至8cm后，物塊處于______（選填“漂浮”、“懸浮”或“下沉”）狀態．
（2）物塊的重力是多少？物塊的密度是多少？
（3）當水的深度為4cm時，水對容器底的壓強和木塊對容器底的壓強分別是多少？

Answer 1

解：（1）讀圖可知，水深從0逐漸增加到8cm的過程中，物塊所受浮力是越來越大的；水的深度增加，底部所受壓強會增大；圖中當水深增至8cm以后，浮力不再變化，且此時的水深小于物塊的邊長10cm，因此，說明物塊處于漂浮狀態；
故答案為：大；增大；漂浮．
（2）因為物塊漂浮，所以重力=浮力=8N，
物塊的密度ρ_物====800kg/m³．
（3）水對容器底的壓強P=ρgh=1.0×10³kg/m³×0.04m=400Pa，
由圖象可得此時F_浮=4N，
木塊對容器底的壓力F=F_支=G-F_浮=8N-4N=4N，
木塊對容器底的壓強P===400Pa．
答：（2）物塊的重力是8N；物塊的密度是800kg/m³．
（3）當水的深度為4cm時，水對容器底的壓強為400Pa；木塊對容器底的壓強是400Pa．
分析：（1）觀察圖象中一開始的變化趨勢可以看出，浮力在逐漸增大．液體內部壓強會隨深度的增加而增大．從圖象看，當水深達到8cm后，物塊的浮力不再增加，比較水深與物塊的邊長可以看出它此時的浮沉狀況；
（2）確定了物塊漂浮，便可根據圖中的浮力得出物塊的重力，再利用密度公式即可求出物塊的密度．
（3）根據P=ρgh可求水對容器底的壓強；根據圖象可知，當水的深度為4cm時的浮力，再根據F=F_支=G-F_浮可求出木塊對容器底的壓力，然后利用P=即可求出木塊對容器底的壓強．
點評：閱讀圖象，從中獲取有用的數據是本題解決的關鍵．其中通過比較水深與物塊邊長判斷物塊的浮沉狀況，決定了能否順利求出物塊的重力與密度，值得我們學習與借鑒．