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微素养·专题突破 三 求解浮力的几种方法
类型 1 用弹簧测力计测浮力
【例1】 小明用同一物体进行了以下实验。实验中,保持物体处于静止状态,弹簧测力计的示数如图所示。请根据图中信息,求:(g取10 N/kg)
(1)物体的质量。
(2)物体在水中受到的浮力。
(3)某液体的密度。
解:(1)物体的重力:G=F1=5.4 N,
物体的质量:m===0.54 kg。
(2)物体在水中受到的浮力:
F浮水=F1-F2=5.4 N-3.4 N=2 N。
(3)由F浮=ρ液gV排可得,物体的体积:
V=V排水===2×10-4 m3,
F浮液=F1-F3=5.4 N-3.8 N=1.6 N,
V排液=V=2×10-4 m3,
ρ液===0.8×103 kg/m3。
变式 一重物挂在弹簧测力计下,弹簧测力计示数为2 N,将重物浸没在水中,弹簧测力计示数为1.2 N,此时重物所受浮力为__0.8__N;若使重物浸没在水中的深度加大,重物所受水的压强__变大__,浮力大小__不变__。(后两空均填“变大”“不变”或“变小”)
类型 2 根据物体浮沉的状态求浮力
【例2】 如图甲所示,弹簧测力计的示数为5 N。如图乙所示,小球一半浸在水中,弹簧测力计示数为2 N,则小球此时受到的浮力为__3__N。剪断悬吊小球的细线后,小球在水中稳定时的状态为__漂浮__(填“漂浮”“悬浮”或“沉底”),此时小球受到的浮力为__5__N。
变式 某学习兴趣小组根据所学的科学知识制作了一把“浮力秤”。将厚底直筒形状的玻璃杯放入水中,如图所示。已知玻璃杯的质量为200 g,底面直径为7 cm,高度为20 cm(g取10 N/kg,水的密度ρ水=1×103 kg/m3)。请回答以下问题。
(1)将杯子开口向上竖直放入水中时(水未进入杯内),杯子受到的浮力为__2__N。此时杯子浸入水中的深度(即为该浮力秤的零刻度位置)为__5.2__cm。
(2)此浮力秤的最大称量(即量程)为__570__g。
类型3 根据阿基米德原理求浮力
【例3】 如图甲,一密度为3×103 kg/m3的密闭正方体构件被钢绳缓慢竖直吊入江水中,在匀速沉入江水的过程中,构件下表面到江面的距离h逐渐增大,正方体构件所受浮力F随h的变化如图乙所示。下列判断正确的是(g取10 N/kg,江水的密度ρ水=1.0×103 kg/m3)( D )
A.当h=1 m时,构件恰好浸没在江水中
B.当h=2 m时,构件所受的浮力大小为 2.4×105 N
C.当h=3 m时,构件底部受到江水的压强大小为2.0×104 Pa
D.当h=4 m时,构件受到钢绳的拉力大小为1.6×105 N
变式 将体积V=0.2×10-3 m3的物块A竖直挂在弹簧测力计下,在空气中静止时弹簧测力计的示数F1=2.6 N。将物块A浸没在水中,静止时弹簧测力计的示数为F2,如图所示。已知水的密度ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg。求:
(1)物块A浸没在水中时受到的浮力F浮。
(2)弹簧测力计的示数F2。
(3)物块A的密度ρA。
解:(1)因物块A浸没时排开液体的体积和自身的体积相等,所以,物块A浸没在水中时受到的浮力:
F浮=ρ水gV排=ρ水gV=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.2×10-3 m3=2 N。
(2)在空气中静止时弹簧测力计的示数F1=2.6 N,即物块A的重力G=F1=2.6 N,
由F浮=G-F2可得
F2=G-F浮=2.6 N-2 N=0.6 N。
(3)由G=mg可得,物块A的质量:
m===0.26 kg,
则物块A的密度:
ρA===1.3×103 kg/m3。
1.如图所示,把一个重为8 N的物体挂在弹簧测力计下,再将该物体浸没在水中后,测力计上显示的读数为6 N,此时杯中水的深度为10 cm。则下列计算结果中错误的是(g取10 N/kg)( A )
A.物体的密度ρ=3×103 kg/m3
B.物体受到的浮力F浮=2 N
C.物体的体积V=2×10-4 m3
D.水对杯底的压强p=1×103 Pa
2.图甲是小华研究弹簧测力计的示数F与金属块A下表面离水面的距离h关系的实验装置。用弹簧测力计提着金属块A,使其缓慢浸入水中(水未溢出),得到F与h的关系图像如图乙所示。则金属块A一半浸在水中时受到的浮力和金属块A的密度分别为( B )
A.4 N,2.5×103 kg/m3
B.2 N,2.5×103 kg/m3
C.4 N,8.0×103 kg/m3
D.2 N,8.0×103 kg/m3
3.某地在江面上修建一座大桥,使用吊车向江底投放长方体石料的示意图如图甲所示。在整个投放过程中,石料以恒定速度下降。图乙是钢绳的拉力F随时间t变化的图像(从开始投放到石料