Question

10．溪溪和同學(xué)們在探究“浮力大小跟哪些因素有關(guān)”時，操作如下：

（1）如圖甲所示溪溪把一個飲料罐慢慢按入水中，感覺用力越來越大，由此猜想浮力大小可能與排開水的體積有關(guān)，于是她設(shè)計如圖乙所示實驗步驟，由圖a可知物體A的重力為4.0N，根據(jù)bc兩圖可以驗證她的猜想是否正確；
（2）溪溪通過觀察b、e兩圖，得出了“浮力的大小與液體密度有關(guān)”的結(jié)論，你認為這樣得出結(jié)論是否合理否（選填“是”或“否”），請你說出理由未保證排開液體的體積相同；
（3）物體A浸沒在水中所受浮力大小為1.0N，物體A的密度為4.0×10³kg/m³；
（4）實驗結(jié)束后溪溪聯(lián)想到壓強知識，提出了下面兩個問題，請你幫助解答（以下兩空均選填“＞”、“＜”或“=”）；
①b、d兩圖中A下表面受到水的壓強分別是p₁、p₂，則p₁＜p₂；
②b、c兩圖中燒杯對水平桌面的壓強分別是p₃、p₄，則p₃＜p₄．

Answer 1

分析 （1）要探究浮力和物體排開液體體積的關(guān)系，就要采用控制變量法控制液體的密度一定而物體排開液體的體積不同；
（2）由阿基米德原理知道物體受液體浮力大小與液體密度和排開液體的體積有關(guān)，b、e兩圖中液體的密度不同，排開液體的體積也不同，沒有控制變量，得出的結(jié)論不準確；
（3）根據(jù)稱重法求出物體的所受的浮力，在根據(jù)浮力的計算公式求出物體的體積，最后根據(jù)密度公式求出物體的密度；
（4）①分析b，d兩圖中A下表面所處的深度，根據(jù)p=ρgh比較兩者壓強之間的關(guān)系；
②物體浸入水中時受到向上的浮力，同時物體給液體一個先下的壓力，這兩個力的大小相等，則桌面受到的壓力等于燒杯和水的重力加上物體的浮力，比較兩者浮力的大小，利用p=$\frac{F}{S}$比較兩者對水平桌面的壓強關(guān)系．

解答 解：（1）圖a中所示物體的重力是4.0N，要驗證浮力大小和物體排開液體體積的關(guān)系，就要保證液體的密度一定而物體排開液體的體積不同，圖bc或bd符合題意；
（2）由b圖中看出，物體A沒有浸沒于水中，和e圖中比較，物體排開液體的體積不同，液體的密度也不同，不能得出物體受到的浮力大小與液體的密度有關(guān)，故小明的結(jié)論是錯的，因為研究浮力大小與液體的密度的關(guān)系，要保證排開的液體的體積相等；
（3）物體A浸沒在水中所受浮力大小為4N-3N=1.0N，
根據(jù)公式F_浮=ρgV_排得：
V_排=V=$\frac{{F}_{浮}}{ρg}$=$\frac{1N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1×10^-4m³，
所以物體的密度：
ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{G}{Vg}$=$\frac{4N}{1×1{0}^{-4}{m}^{3}×10N/kg}$=4.0×10³kg/m³；
（4）①由圖可知，物體A下表面在b圖中所處的深度小于在d圖中的深度，由p=ρgh可知，p₁＜p₂；
②因物體浸入水中時受到向上的浮力，同時物體給液體一個先下的壓力，這兩個力的大小相等，
所以，桌面受到的壓力等于燒杯和水的重力加上物體的浮力，
因c中彈簧測力計的示數(shù)較小，由F_浮=G-F′可知受到的浮力較大，
所以，c對桌面的壓力大于b對桌面的壓力，
燒杯的底面積相同，由p=$\frac{F}{S}$可知，p₃＜p₄．
故答案為：
（1）4.0；bc；
（2）否；未保證排開液體的體積相同；
（3）1.0；4.0×10³；（4）＜；＜．

點評 本題考查了探究浮力大小哪哪些因素有關(guān)的實驗和有關(guān)液體壓強、固體壓強的大小比較，關(guān)鍵是利用好控制變量法以及明白燒杯對水平桌面的壓力等于水和燒杯的重力加上物體受到的浮力．