Question

4．如图①所示，长方体金属块在细绳竖直向上拉力作用下从水中开始一直竖直向上做匀速直线运动，上升到离水面一定的高度处．图②是绳子拉力F随时间t变化的图象，根据图象信息，解答下列问题：
（1）图②中AB段对应①中的从丁到丙的过程，CD段对应①中的从乙到甲的过程，（前四个空格选填：甲、乙、丙或丁）BC段反应金属块所受的浮力大小与排开液体的体积有关；
（2）浸没在水中的金属块受到的浮力大小是20N；
（3）请你在图③中画出金属块受到的浮力F随时间的变化情况图．

Answer 1

分析 （1）分析绳子拉力随时间t变化的图象，当金属块从水中一直竖直向上做匀速直线运动，但未露出液面，此时金属块排开水的体积不变，由阿基米德原理可知，此时的浮力不变，绳子的拉力也不变，即为图中的AB段．当金属块完全露出液面，没有浸入水中时，金属块不受浮力，此时拉力等于重力，即为图中的CD段，据此求出金属块重．
当金属块未露出液面时，拉力等于重力减去浮力，据此求金属块受到的浮力，再根据阿基米德原理受到的浮力与金属块排开水的体积有关；
（2）知道金属块的重，由图②得出物体完全浸没时的拉力，再由称重法求浮力；
（3）根据图①②，首先判断拉力的在t₁至t₂时间段内的变化，明确区分物体浸没在液体中与脱离液体后的拉力，由称重法分析浮力与时间的变化．

解答 解：（1）金属块末露出水面前在水中匀速上升过程中：金属块排开液体的体积不变，密度不变，根据阿基米德原理，浮力不变，应由丁到丙；
当金属块完全露出液面，没有浸入水中时，金属块不受浮力，此时拉力等于重力，即为图中的CD段，应由乙到甲；
由BC段可知，物体排开液体的体积在减小，绳子的拉力在增大，液体密度不变，由控制变量法可知，浮力的大小与排开液体的体积有关；
（2）从图可知，即图中CD段，该金属块重力为：G=F=54N．
当金属块未露出液面时，即为图中的AB段，从图可知，此时绳子的拉力为34N，则金属块受到的浮力大小为：F_浮=G-F_拉=54N-34N=20N；
（3）物体在AB段时，完全浸没在水中，浮力最大且到t₁保持不变，金属块受到的浮力大小为：F_浮=G-F_拉=54N-34N=20N；
物体在CD段时，脱离液体，不在受到液体的浮力，即浮力为0；
物体在BC段，为物体逐渐脱离液体的过程，排开液体的体积减小，浮力减小，到C点完全脱离，浮力为0，所以图象为下图：

故答案为：（1）丁、丙；乙、甲；排开液体的体积；（2）20；（3）如图所示．

点评 本题主要考查由称重法来探究浮力及对图象的观察和认识，是一道综合题，具有一定难度．