Question

9．小明同学想利用浮力知识来判断奶奶买来的实心银条是否是纯银的．于是他找来了弹簧测力计、水、杯子和细线，进行了如下操作：用细线将银条挂在弹簧测力计下，缓慢将银条放入水中如图甲所示，并根据实验数据正确绘制了如图乙所示图象．
（1）小明忘记标注纵坐标所代表的物理量，轻帮他分析该物理量是拉力（选填“重力”、“浮力”或“拉力”）．
（2）由图象BC端可知，浮力大小与物体排开液体的体积有关，由图象CD端可知，浮力大小与浸没的深度无关．
（3）通过计算可知该银条是（选填“是”或“不是”）纯银的（ρ_银=10.5×10³kg/m³）．
（4）在将银条逐渐放入水中直至全部浸入的过程中，水对杯底的压强逐渐增大；银条全部浸入后（不碰底）与放入前相比杯底受到的压力增加了0.2N．

Answer 1

分析 （1）根据该物理量随时间的变化得出结论；
（2）BC段物体排开水的体积在发生变化，根据BC判断出浮力的变化，得出影响浮力大小的因素；
CD段物体浸没在水中的深度发生变化，根据CD分析浮力与哪个因素无关；
（3）根据浮力大小计算出该物体的体积，根据重力计算出质量，由ρ=$\frac{m}{V}$得出密度的大小；
（4）根据液体深度的变化判断出液体压强的变化；
由力的作用的相互性，杯底压力的变化应等于水对物体的浮力大小．

解答 解：（1）银条在进入水面前，不受浮力作用，拉力始终等于重力，当物体开始浸入水中时，随浸入水中的体积变大，所受浮力变大，则拉力变小；
当物体完全浸没后，深度增加，但所受浮力不变，拉力不变，因此浮力先不变，后变大，后不变；拉力先不变，后变小，后不变，因此图乙中的物理量是拉力；
（2）BC段，物体浸入水中的体积变大，拉力变小，说明浮力变大，可知浮力大小与物体排开液体的体积有关；
CD段，物体完全浸没在水中，深度变化，拉力不变，说明浮力大小不变，可知浮力大小与物体浸没的深度无关；
（3）由图乙知，银条的重力G=2.1N，则m=$\frac{G}{g}$=$\frac{2.1N}{10N/kg}$=0.21kg；
银条完全浸没时受到的浮力：F_浮=G-F=2.1N-1.9N=0.2N；
由F_浮=ρ_液gV_排可知，银条的体积：V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.2N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=2×10^-5m³；
则银条的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.21kg}{2×1{0}^{-5}{m}^{3}}$=10.5×10³kg/m³=ρ_银，所以是纯银；
（4）在将银条逐渐放入水中直至全部浸入的过程中，水的深度逐渐增加，所以水对杯底的压强逐渐增大；
银条完全浸没受到0.2N的浮力作用，根据力的作用的相互性，杯子给水向下的反作用力，所以银条全部浸入后（不碰底）与放入前相比杯底受到的压力增加了0.2N．
故答案为：（1）拉力；（2）物体排开液体的体积；浸没的深度；（3）是；（4）增大；0.2．

点评 本题是有关浮力的实验题目，主要探究影响浮力大小的因素及阿基米德原理的应用，此题的关键是能够根据图象获取有关的信息，确定物体重力及完全浸没时的浮力是关键．