一个儿童练习游泳,他使用的游泳圈的体积是6.6×10-3m3,当游泳圈漂浮在水面上时,它浸在水中的体积是0.6×10-3m3,则这个游泳圈此时所受的浮力是多少牛?当游泳圈全部浸没在水中时,游泳圈受水各个方向压力的合力是多大?(不考虑游泳圈漂浮与浸没时的形状变化)(g=10牛/千克)
【答案】分析:物体浸在水中的体积即为排水体积,题中已知游泳圈的浸水体积,则我们可根据阿基米德原理求出游泳圈所受的浮力;
游泳圈浸没在水中时,会受到各个方向水的压力,其中向左、向右的压力相互平衡,向前、向后的压力相互平衡,只有向上、向下的压力不平衡,向上的压力大于向下的压力,这两个压力的合力(压力之差)其实就是游泳圈所受的浮力,所以要算游泳圈受水各个方向的压力,其实就是求游泳圈浸没在水中时所受的浮力.题中已知游泳圈的体积,则我们可根据阿基米德原理求出游泳圈浸没在水中时所受的浮力.
解答:解:游泳圈漂浮时所受的浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.6×10-3m3=6N,
游泳圈浸没在水中时所受的浮力:F浮′=ρ水gV排′=1.0×103kg/m3×10N/kg×6.6×10-3m3=66N,
根据浮力产生的原因F浮=F向上-F向下可知,游泳圈受水各个方向压力的合力即为浮力,所以合力是66N.
答:游泳圈漂浮在水面上时受到的浮力是6N.游泳圈全部浸没在水中时,游泳圈受水各个方向压力的合力是66N.
点评:本题考查了学生对阿基米德原理和浮力产生的原因的理解和应用.关于考查浮力原因的题型并不多见,所以该题可以说是一个典型题.学习浮力知识时,最好能将阿基米德原理和浮力产生原因结合起来,达到融会贯通,要会用浮力产生原因推导阿基米德原理公式.