Question

有一质地均匀的实心圆柱体，重5N，高10cm．将它挂在弹簧测力计下，然后竖直浸入到装有足够多水的容器中，当它刚好完全浸没时，弹簧测力计示数为3N，如图所示．g取10N/kg，求此时
（1）圆柱体所受到的浮力大小；
（2）圆柱体下表面所受到水的压强；
（3）圆柱体的密度．

Answer 1

解：（1）G_圆柱体=F_浮+F_拉，
F_浮=5N-3N=2N；
（2）由图知，圆柱体刚浸没时下表面所处的深度：
h=10cm=0.1m，
圆柱体刚浸没时下表面受到的液体压强：
p=ρgh=1×10³kg/m³×10N/kg×0.1m=1000Pa；
（3）圆柱体的质量：
m===0.5kg，
∵圆柱体全浸入时圆柱体受到的浮力：
F_浮=ρ_水gV_排=ρ_水gV，
∴圆柱体的体积：
V_排=V_圆柱体===2×10^-4m³，
∴ρ_石===2.5×10³kg/m³．
答：（1）圆柱体受的浮力为0.2N；
（2）圆柱体下表面所受到水的压强为1000Pa；
（3）圆柱体的密度约为2.5×10³kg/m³．
分析：（1）弹簧测力计的示数加上圆柱体受到的水的浮力等于圆柱体重；据此求出圆柱体受的浮力．
（2）由图知，圆柱体刚浸没时下表面所处的深度为10cm，根据液体压强公式求此时圆柱体下表面受到的水的压强．
（3）上面求出了圆柱体重，利用重力公式求出圆柱体的质量；求出了球全浸入时受到的浮力，利用阿基米德原理求圆柱体的体积（排开水的体积），再利用密度公式求圆柱体的密度．
点评：（1）用弹簧测力计采用称重法可以测出物体在液体中受到的浮力，根据浮力间接求出体积，这是利用弹簧测力计测密度的基本思路；
（2）探究浮力与计算密度相结合，属综合性题目，中考中经常出现，平时多培养综合处理物理问题的能力．