Question

4．如圖①所示，長方體金屬塊在細(xì)繩豎直向上拉力作用下從水中開始一直豎直向上做勻速直線運(yùn)動，上升到離水面一定的高度處．圖②是繩子拉力F隨時(shí)間t變化的圖象，根據(jù)圖象信息，解答下列問題：
（1）圖②中AB段對應(yīng)①中的從丁到丙的過程，CD段對應(yīng)①中的從乙到甲的過程，（前四個(gè)空格選填：甲、乙、丙或�。〣C段反應(yīng)金屬塊所受的浮力大小與排開液體的體積有關(guān)；
（2）浸沒在水中的金屬塊受到的浮力大小是20N；
（3）請你在圖③中畫出金屬塊受到的浮力F隨時(shí)間的變化情況圖．

Answer 1

分析 （1）分析繩子拉力隨時(shí)間t變化的圖象，當(dāng)金屬塊從水中一直豎直向上做勻速直線運(yùn)動，但未露出液面，此時(shí)金屬塊排開水的體積不變，由阿基米德原理可知，此時(shí)的浮力不變，繩子的拉力也不變，即為圖中的AB段．當(dāng)金屬塊完全露出液面，沒有浸入水中時(shí)，金屬塊不受浮力，此時(shí)拉力等于重力，即為圖中的CD段，據(jù)此求出金屬塊重．
當(dāng)金屬塊未露出液面時(shí)，拉力等于重力減去浮力，據(jù)此求金屬塊受到的浮力，再根據(jù)阿基米德原理受到的浮力與金屬塊排開水的體積有關(guān)；
（2）知道金屬塊的重，由圖②得出物體完全浸沒時(shí)的拉力，再由稱重法求浮力；
（3）根據(jù)圖①②，首先判斷拉力的在t₁至t₂時(shí)間段內(nèi)的變化，明確區(qū)分物體浸沒在液體中與脫離液體后的拉力，由稱重法分析浮力與時(shí)間的變化．

解答 解：（1）金屬塊末露出水面前在水中勻速上升過程中：金屬塊排開液體的體積不變，密度不變，根據(jù)阿基米德原理，浮力不變，應(yīng)由丁到丙；
當(dāng)金屬塊完全露出液面，沒有浸入水中時(shí)，金屬塊不受浮力，此時(shí)拉力等于重力，即為圖中的CD段，應(yīng)由乙到甲；
由BC段可知，物體排開液體的體積在減小，繩子的拉力在增大，液體密度不變，由控制變量法可知，浮力的大小與排開液體的體積有關(guān)；
（2）從圖可知，即圖中CD段，該金屬塊重力為：G=F=54N．
當(dāng)金屬塊未露出液面時(shí)，即為圖中的AB段，從圖可知，此時(shí)繩子的拉力為34N，則金屬塊受到的浮力大小為：F_浮=G-F_拉=54N-34N=20N；
（3）物體在AB段時(shí)，完全浸沒在水中，浮力最大且到t₁保持不變，金屬塊受到的浮力大小為：F_浮=G-F_拉=54N-34N=20N；
物體在CD段時(shí)，脫離液體，不在受到液體的浮力，即浮力為0；
物體在BC段，為物體逐漸脫離液體的過程，排開液體的體積減小，浮力減小，到C點(diǎn)完全脫離，浮力為0，所以圖象為下圖：

故答案為：（1）丁、丙；乙、甲；排開液體的體積；（2）20；（3）如圖所示．

點(diǎn)評 本題主要考查由稱重法來探究浮力及對圖象的觀察和認(rèn)識，是一道綜合題，具有一定難度．