如图所示,弹簧上端固定于天花板,下端连接一圆柱形重物。先用一竖直细线拉住重物,使弹簧处于原长,此时水平桌面上烧杯中的水面正好与圆柱体底面接触。已知圆柱形重物的截面积为l0cm2,长度为l 0;烧杯横截面积20 cm2,弹簧每伸长lcm的拉力为0.3 N,g=10N/kg,重物密度为水的两倍,水的密度为l 03 kg/m3。细线撤走后,重物重新处于平衡时,弹簧的伸长量为多少?
解析:设物体下降到水中的深度为h,则水面上升的高度为:
h升=
S物h
故
S杯
h=2h升
弹簧的伸长量是:
△L=h-h升=h升
此时弹簧对物体产生的向上的拉力大小为
F=0.3△L (单位:N)
此时物体排开水的体积为:
V排=V浸=S物h
受力情况是:重力G、浮力F浮、向上的拉力F,且保持平衡状态。故
F+F浮=G 即
0.3△L +ρ水gV排=ρ物gV物
0.3△L +ρ水gS物h=ρ物gS物h物
因此
0.3×100×△L
+ ρ水gS物×2△L
=ρ物gS物h物
代入数据得:
△L=0.04m=4cm
即弹簧的伸长量为4cm
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