Question

一课外小组的同学，通过实验探究：浸没在液体中的物体受到的浮力大小是否跟浸没在液面下的深度有关．如图所示，他们将一高6cm的金属圆柱体挂在弹簧测力计下端，缓慢浸入水中（水足够深），在圆柱体接触容器底之前，记下圆柱体下表面所处深度和弹簧测力计相应的拉力，数据如下表：

序号	1	2	3	4	5	6	7
深度h/cm		2	4	6	8	10	12
拉力F/N	8.1	7.1	6.1	5.1	5.1	5.1	5.1

（g取10N/kg，ρ_水=1.0×10³kg/m³）
（1）分析上表数据可知，金属圆柱体的重量是多少？
（2）在金属圆柱体完全浸入水中时，其受到的浮力为多大？
（3）金属圆柱体的体积是多少？
（4）金属圆柱体的密度是多少？

Answer

（1）金属圆柱体在空气中时，没有受到浮力的作用，弹簧测力计的示数就是它的重力G；
（2）金属圆柱体的高度为6cm，完全浸入水中，也就是深度必须在6cm或6cm以下，重力与此时弹簧测力计的示数之差就是金属圆柱体受到的浮力F浮；
（3）金属圆柱体完全浸入水中时，排开水的体积等于它自身的体积，根据（2）中的浮力大小利用公式V排=就可以计算出；
（4）根据（1）中的重力计算出质量，再结合（3）中的体积，利用ρ=就可以算出金属圆柱体的密度．
【解析】
（1）序号1中，金属圆柱体没有进入水中，根据二力平衡的知识，此时弹簧测力计的示数等于金属圆柱体的重力，
∴金属圆柱体的重力G=F1=8.1N
答：金属圆柱体的重量是8.1N．
（2）由序号4、5、6、7的数据可知，金属圆柱体完全浸入水中时，弹簧测力计的示数是5.1N，
∴圆柱体受到的浮力F浮=G-F4=8.1N-5.1N=3N
答：金属圆柱体完全浸入水中时受到的浮力为3N．
（3）根据阿基米德原理F浮=G排=ρ水gV排，金属圆柱体完全浸入水中时，
排开水的体积V排===3×10-4m3
此时圆柱体的体积和排开水的体积相等
∴V物=V排=3×10-4m3
答：金属圆柱体的体积是3×10-4m3．
（4）金属圆柱体的质量m===0.81kg，金属圆柱体的体积V=3×10-4m3
∴金属圆柱体的密度ρ===2.7×103kg/m3
答：金属圆柱体的密度是2.7×103kg/m3．