Question

13．在探究“影響浮力大小因素”的實驗中，科比同學(xué)用體積相同的鐵塊A和鋁塊B及圖示器材，做了如圖 （a）所示的若干實驗．

（1）若要探究物體所受浮力的大小是否與物體的密度有關(guān)，應(yīng)選用的操作是①②③④（填寫序號）；這一實驗操作中，應(yīng)控制的變量是液體的密度和物體排開液體體積．
（2）將操作①③⑤組合起來，可探究浮力的大小是否與液體的密度有關(guān)．
（3）詹姆斯同學(xué)的媽媽有一只翠玉手鐲，他想知道手鐲的密度．現(xiàn)在只有如下器材：一個水槽和足量的水、細(xì)線、刻度尺、一個正方體木塊．請你按照下面的實驗設(shè)計思路，請你在“③”中幫詹姆斯同學(xué)把實驗步驟補充完整，并利用測量中的表示符號和水的密度ρ_水，寫出測量翠玉手鐲密度的數(shù)學(xué)表達(dá)式．
實驗步驟：
①水槽中裝入適量水，將木塊放入水槽中，用刻度尺測出木塊下表面到水面的距離h₁；
②將手鐲放于木塊上，如圖（b）所示，用刻度尺測出木塊下表面到水面的距離h₂；
③將手鐲用細(xì)線吊在木塊的下端，手鐲和木塊漂浮在水面上，用刻度尺測出木塊下表面到水面的距離h₃．則翠玉手鐲密度的數(shù)學(xué)表達(dá)式：ρ=$\frac{{ρ}_{水}（{h}_{2}-{h}_{1}）}{（{h}_{2}-{h}_{3}）}$（用ρ_水、h₁、h₂以及你測量的數(shù)據(jù)表達(dá)）

Answer 1

分析 （1）本題目就是考查學(xué)生對影響浮力大小因素的掌握，關(guān)鍵是學(xué)生要利用稱重法分別求出A與B所受浮力的大小，然后判斷浮力的大小與物體密度的關(guān)系．
（2）比較①③⑤發(fā)現(xiàn)，同一物體分別浸沒在不同的液體里，探究的是浮力與液體密度的關(guān)系．
（3）要測量手鐲的密度需要測量手鐲的質(zhì)量和體積，根據(jù)密度公式求出手鐲的密度．
a、木塊漂浮在水面上，木塊受到的浮力等于木塊的重力，手鐲放在木塊上，總體浮力等于總體的重力，列出等式．求出手鐲的重力，求出手鐲的質(zhì)量．
b、手鐲在木塊上面和在木塊下面，總重相同，總體漂浮在水面上，浮力相同，排開水的體積相同，根據(jù)排開水的體積相同，求出手鐲的體積．

解答 解：（1）根據(jù)控制變量法可知：探究浮力的大小是否與物體的密度的關(guān)系要保證液體的密度和物體排開液體體積一定，改變物體的密度，因此應(yīng)選用的操作是①②③④．
（2）將操作①③⑤組合起來，物體的密度相同，浸沒在液體中的體積相同，不同的是浸沒在密度不同的液體中，因此可以探究浮力的大小是否與液體的密度有關(guān)．
（3）③將手鐲用細(xì)線吊在木塊的下端，手鐲和木塊漂浮在水面上，用刻度尺測出木塊下表面到水面的距離h₃．如下圖：

如圖甲，木塊漂浮在水面上：G_木=F_浮=ρ_水gV_排=ρ_水gSh₁，
即：G_木=ρ_水gSh₁ ---------------①
如圖乙，手鐲放在木塊上，木塊還是漂浮在水面上：G_手+G_木=F'_浮，而F'_浮=ρ_水gV'_排=ρ_水gSh₂，
所以，G_手+G_木=ρ_水gSh₂ ----------------------------②
②-①得，手鐲的重力：G_手=ρ_水gS（h₂-h₁），
手鐲的質(zhì)量：m_手=$\frac{{G}_{手}}{g}$=ρ_水S（h₂-h₁），
如圖丙，將手鐲用細(xì)線吊在木塊的下端，手鐲和木塊漂浮在水面上，G_手+G_木=F'_浮=ρ_水gV'_排=ρ_水g（Sh₃+V_手），
所以，ρ_水gSh₂=ρ_水g（Sh₃+V_手），
所以，手鐲的體積為：V_手=S（h₂-h₃），
手鐲的密度：ρ=$\frac{{m}_{手}}{{V}_{手}}$=$\frac{{ρ}_{水}（{h}_{2}-{h}_{1}）}{（{h}_{2}-{h}_{3}）}$．
故答案為：
（1）①②③④； 排開液體體積相同；（2）液體密度；（3）③將手鐲用細(xì)線吊在木塊的下端，手鐲和木塊漂浮在水面上，用刻度尺測出木塊下表面到水面的距離h₃；$\frac{{ρ}_{水}（{h}_{2}-{h}_{1}）}{（{h}_{2}-{h}_{3}）}$．

點評 （1）浮力的大小等于重力減去物體浸在液體中彈簧測力計的示數(shù)；
（2）物體在液體中所受的浮力大小與液體密度、物體排開液體的體積有關(guān)，而與物體的密度和浸沒入液體中的深度無關(guān)．