【分析】
对于第(1)问:首先明确物块完全浸没在水中,排开水的体积等于物块自身体积。先根据正方体棱长计算物块体积,再利用阿基米德原理公式$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$计算浮力。
对于第(2)问:先对浸没状态的物块进行受力分析,物块受竖直向下的重力、拉力,竖直向上的浮力,根据力的平衡关系$F_{浮}=G+F_{拉}$求出物块重力。通过比较浸没时浮力与重力的大小,判断剪断细线后物块会漂浮,漂浮时浮力等于重力,再利用阿基米德原理变形公式$V_{排}=\frac{F_{浮}'}{\rho_{水}g}$计算静止时浸入水中的体积。
【解析】
(1) 计算物块体积:
正方体物块的棱长$a=10\mathrm{cm}=0.1\mathrm{m}$,则物块体积$V=a^3=(0.1\mathrm{m})^3=1.0×10^{-3}\mathrm{m}^3$。
由于物块完全浸没在水中,所以$V_{排}=V=1.0×10^{-3}\mathrm{m}^3$。
根据阿基米德原理,物块受到的浮力:
$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}=1.0×10^{3}\mathrm{kg/m}^3×10\mathrm{N/kg}×1.0×10^{-3}\mathrm{m}^3=10\mathrm{N}$。
(2) 对浸没的物块受力分析,物块受竖直向下的重力$G$、拉力$F_{拉}=4\mathrm{N}$,竖直向上的浮力$F_{浮}=10\mathrm{N}$,根据力的平衡:
$F_{浮}=G+F_{拉}$,则物块的重力$G=F_{浮}-F_{拉}=10\mathrm{N}-4\mathrm{N}=6\mathrm{N}$。
因为$F_{浮}>G$,剪断细线后物块会上浮,最终漂浮在水面上,此时浮力等于重力,即$F_{浮}'=G=6\mathrm{N}$。
由$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$变形可得,静止时浸入水中的体积:
$V_{排}'=\frac{F_{浮}'}{\rho_{水}g}=\frac{6\mathrm{N}}{1.0×10^{3}\mathrm{kg/m}^3×10\mathrm{N/kg}}=6×10^{-4}\mathrm{m}^3$。
【答案】
(1) 此时物块受到的浮力为$\boldsymbol{10\mathrm{N}}$;
(2) 细线剪断后,物块静止时浸入水中的体积为$\boldsymbol{6×10^{-4}\mathrm{m}^3}$。
【知识点】
阿基米德原理、受力分析、物体浮沉条件
【点评】
本题是浮力综合应用题,需结合受力分析判断物体受力情况,灵活运用阿基米德原理和浮沉条件解题,属于浮力部分典型题型,侧重考查基础知识的综合运用能力。
【难度系数】
0.6