中学理科「浮力に関する確認問題」

中学理科「浮力に関する確認問題」です。

【問題】浮力に関する確認問題

【問】下の図のように、直方体の物体Aにばねばかりをつけて水そうの底に沈めた後、ばねばかりをゆっくりと真上に引きながら、水そうの底から物体Aの底面までの距離とばねばかりの示す値との関係を調べた。グラフはそのときの結果を表したものである。これについて、次の各問いに答えよ。

（1）物体Aの上面が水面に達したとき、水そうの底から物体Aの底面までの距離は何cmになっているか。

（2）物体Aの高さは何cmか。

（3）物体Aの空気中での重さは何Nですか。

（4）物体Aが完全に水そうの水の中にあるとき、物体Aにはたらく浮力の大きさは何Nになるか。

（5）水そうの底から物体Aの底面までの距離が4.0cmのとき、おもりにはたらく浮力の大きさは何Nになるか。

【解答・解説】浮力に関する確認問題

（1）2.0cm

物体が完全に水につかっているとき、深かろうが浅かろうが浮力の大きさは変化しません。物体が水から出てくると浮力は小さくなっていきます。つまり、水の中にある物体の体積が大きいほど浮力は大きくなります。水そうの底から物体Aの底面までの距離が2cmになったとき、ばねばかりの大きさが変化し始めるので、ここで物体Aが水面に達したことがわかります。

（2）6.0cm

物体の上面と水面が一致しているときの水そうの底から物体Aの底面までの距離は2cm、物体の下面と水面が一致しているときの水そうの底から物体Aの底面までの距離は8cmになることから、物体の高さは、
8cm－2cm＝6cm

（3）5.0N

水そうの底から物体Aの底面までの距離が8cmになると、ばねばかりの値が5Nで変化しなくなります。これは、物体が空気中に完全に出てしまったことを表しています。

（4）3.0N

物体の重さは（3）で5Nだとわかりました。物体が完全に水中にあるときのばねばかりの値は2Nなので、浮力の大きさは、
5.0N－2.0N＝3.0N

（5）2.0N

水そうの底から物体Aの底面までの距離が4.0cmのとき、ばねばかりの値は3Nを示していることから、
5N－3N＝2N
の浮力が生じていることがわかります。