解答题
第 20 / 48 题
**【知识链接】** 实验目的:探究浮力的大小与哪些因素有关
实验过程:如图①,在两个完全相同的溢水杯中,分别盛满甲、乙两种不同密度的液体,将完全相同的两个质地均匀的圆柱体小铝块分别悬挂在弹簧测力计 $A$、$B$ 的下方,从离桌面 $20\text{cm}$ 的高度,分别缓慢浸入到甲、乙两种液体中,通过观察弹簧测力计示数的变化,探究浮力大小的变化.(溢水杯的杯底厚度忽略不计)
实验结论:物体在液体中所受浮力的大小,跟它浸在液体中的体积有关、跟液体的密度有关.物体浸在液体中的体积越大、液体的密度越大,浮力就越大.
总结公式:当小铝块位于液面上方时,$F_{\text{拉力}} = G_{\text{重力}}$;当小铝块浸入液面后,$F_{\text{拉力}} = G_{\text{重力}} - F_{\text{浮力}}$.
**【建立模型】** 在实验探究的过程中,实验小组发现:弹簧测力计 $A$,$B$ 各自的示数 $F_{\text{拉力}}$($N$)与小铝块各自下降的高度 $x$($\text{cm}$)之间的关系如图②所示.
**【解决问题】**
(1)当小铝块下降 $10\text{cm}$ 时,直接写出弹簧测力计 $A$ 和弹簧测力计 $B$ 的示数.
(2)当 $6 \leq x \leq 10$ 时,求弹簧测力计 $A$ 的示数 $F_{\text{拉力}}$ 关于 $x$ 的函数解析式.
(3)当弹簧测力计 $A$ 悬挂的小铝块下降 $8\text{cm}$ 时,甲液体中小铝块受到的浮力为 $m$($N$),若使乙液体中的小铝块所受的浮力也为 $m$($N$),则乙液体中小铝块浸入的深度为 $n$($\text{cm}$),直接写出 $m$,$n$ 的值.
📖 解析
(1)下降 $10\text{cm}$ 时,$A$ 示数 $2.8\text{N}$,$B$ 示数 $2.5\text{N}$.
(2)设 $F_{\text{拉力}} = kx+b$,过 $(6,4)$ 和 $(10,2.8)$,$\begin{cases} 6k+b=4 \\ 10k+b=2.8 \end{cases}$,解得 $\begin{cases} k=-0.3 \\ b=5.8 \end{cases}$,$\therefore F_{\text{拉力}} = -0.3x+5.8\ (6 \leq x \leq 10)$.
(3)$x=8$ 时,$F_A = -0.3\times8+5.8 = 3.4$,$m = G - F_A = 4 - 3.4 = 0.6\text{N}$.设 $B$ 的解析式为 $F_B = k_1x+b_1$,过 $(6,4)$ 和 $(10,2.5)$,解得 $F_B = -0.375x+6.25$,令 $F_B = 3.4$,得 $-0.375x+6.25=3.4$,$x=7.6$,$n = 7.6-6 = 1.6\text{cm}$.