Question

物理兴趣小组同学对物体的浮沉条件进行研究，在一个重为4N，底面积为200cm²的圆柱形薄壁玻璃容器底部，放一个连长为10cm的正方体物块，然后逐渐向容器中倒水（始终未溢出）．通过测量容器中水的深度h，分别计算出该物块所受到的浮力F_浮，并绘制了如图所示的图象．请你解答下列问题（g取10N/kg）．
（1）分析图象可知，当水深增至8cm后，物体受到哪些力的作用？物块处于什么状态？
（2）物块的密度是多少？
（3）将物块取出后，若容器中水的重力为20N，此时容器对水平桌面的压强是多少？

Answer 1

解：（1）由图象可知：水的深度由0逐渐增加到8cm的过程中，物块受到的浮力F_浮越来越大；
当水深增至8cm后，物体所受的浮力F_浮不变，但由于物体的边长大于8cm，所以说明这时物体受到的浮力最大，且物体有露出水面的体积，所以看判断物体是处于漂浮状态，则物体只受重力和浮力的作用．
（2）由图象可知，当水深度是8cm后，物体受到的浮力不再随水深度的变化而变化，物体处于漂浮状态，
∴物体的重力G_物=F_浮=ρ_水gV_排=1×10³kg/m³×10N/kg×（0.1m）²×0.08m=8N，
∵G=mg，
∴物体的质量m_物===0.8kg，
物体的密度ρ===800kg/m³；
（3）容器对水平桌面的压力F=G_水+G_容器=20N+4N=24N，容器对水平桌面的压强p===1200Pa．
答：（1）当水深增至8cm后，物体处于漂浮状态，只受重力和浮力的作用．
（2）物体的密度是800kg/m³．
（3）将物体取出后，若容器中水的重力为20N，此时容器对水平桌面的压强是1200Pa．
分析：（1）看懂图象中随着水的深度的增大物体受到的浮力的变化规律，然后判断当水深增至8cm后物体的状态；
（2）确定了物块漂浮，便可根据图中的浮力得出物块的重力，再利用密度公式即可求出物块的密度．
（3）求出容器对桌面的压力，然后由压强公式求出容器对桌面的压强．
点评：阅读图象，从中获取有用的数据是本题解决的关键．其中通过比较水深与物块边长判断物块的浮沉状况，决定了能否顺利求出物块的重力与密度，值得我们学习与借鉴．