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一個兒童練習游泳,他使用的游泳圈的體積是6.6×10-3m3,當游泳圈漂浮在水面上時,它浸在水中的體積是0.6×10-3m3,則這個游泳圈此時所受的浮力是多少牛?當游泳圈全部浸沒在水中時,游泳圈受水各個方向壓力的合力是多大?(不考慮游泳圈漂浮與浸沒時的形狀變化)(g=10牛/千克)

解:游泳圈漂浮時所受的浮力:FgV=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.6×10-3m3=6N,
游泳圈浸沒在水中時所受的浮力:F′=ρgV′=1.0×103kg/m3×10N/kg×6.6×10-3m3=66N,
根據浮力產生的原因F=F向上-F向下可知,游泳圈受水各個方向壓力的合力即為浮力,所以合力是66N.
答:游泳圈漂浮在水面上時受到的浮力是6N.游泳圈全部浸沒在水中時,游泳圈受水各個方向壓力的合力是66N.
分析:物體浸在水中的體積即為排水體積,題中已知游泳圈的浸水體積,則我們可根據阿基米德原理求出游泳圈所受的浮力;
游泳圈浸沒在水中時,會受到各個方向水的壓力,其中向左、向右的壓力相互平衡,向前、向后的壓力相互平衡,只有向上、向下的壓力不平衡,向上的壓力大于向下的壓力,這兩個壓力的合力(壓力之差)其實就是游泳圈所受的浮力,所以要算游泳圈受水各個方向的壓力,其實就是求游泳圈浸沒在水中時所受的浮力.題中已知游泳圈的體積,則我們可根據阿基米德原理求出游泳圈浸沒在水中時所受的浮力.
點評:本題考查了學生對阿基米德原理和浮力產生的原因的理解和應用.關于考查浮力原因的題型并不多見,所以該題可以說是一個典型題.學習浮力知識時,最好能將阿基米德原理和浮力產生原因結合起來,達到融會貫通,要會用浮力產生原因推導阿基米德原理公式.
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