Question

15．小華用彈簧測(cè)力計(jì)、圓柱體、兩個(gè)相同的圓柱形容器，分別裝有一定量的水和鹽水，對(duì)浸在液體中所受的浮力進(jìn)行了探究，其裝置和彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)如圖1所示．

（1）分析圖甲、乙、丙，說(shuō)明浮力的大小與物體排開(kāi)液體的體積有關(guān)；
（2）為了探究浮力大小與物體浸沒(méi)在液體中的深度有無(wú)關(guān)系，可選用丙、丁圖的裝置來(lái)進(jìn)行操作；
（3）圓柱體浸沒(méi)在水中時(shí)受到的浮力是4N，圓柱體的體積是4×10^-4m³．（g取10N/kg）
（4）用圖示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)出鹽水的密度是1.1×10³kg/m³．
（5）小華繪制了彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)圓體的拉力和圓柱體所受浮力隨浸入水深度變化的曲線(xiàn)，如圖2所示．分析圖象可知：描述的是金屬圓柱體所受浮力的變化情況的圖象是a（選填“a”或“b”）•

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖中物體浸入到液體中的體積和彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的變化，結(jié)合F_浮=G-F_拉分析浮力大小和排開(kāi)液體體積之間的關(guān)系；
（2）本題探究影響浮力大小的因素，影響浮力大小的因素是液體的密度和物體排開(kāi)液體的體積．因?yàn)橛绊懸蛩夭恢挂粋�(gè)，所以要采用控制變量法．探究浮力的大小是否與液體密度的關(guān)系要保證物體排開(kāi)液體體積一定，要探究浮力的大小與物體排開(kāi)液體體積的關(guān)系要保證液體的密度一定，要探究浮力的大小是否與物體浸沒(méi)在液體中深度的關(guān)系時(shí)要保證液體密度和物體排開(kāi)液體體積均一定；
（3）根據(jù)拉力變化的圖象可知，物體沒(méi)有浸入到水中前的拉力即為物體的重力G；根據(jù)浮力變化的圖象可得物體完全浸沒(méi)時(shí)的浮力，根據(jù)F_浮=ρ_水gV_排求出物體的體積；
（4）由圖甲和圖戍可求得在鹽水中受到的浮力，然后利用浮力公式求出鹽水的密度．
（5）根據(jù)浮力大小和排開(kāi)液體體積之間的關(guān)系判斷出哪一條圖象是浮力變化的圖象，哪一條是拉力變化的圖象；

解答 解：（1）根據(jù)圖中物體浸入到液體中的體積和彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的變化，物體進(jìn)入到液體中的體積越大，即排開(kāi)液體的體積越大，彈簧測(cè)力計(jì)的拉力越小，根據(jù)F_浮=G-F_拉可知，物體重力不變，物體受的浮力會(huì)越大；
（2）比較丙、丁圖可知，液體密度相同，排開(kāi)液體的體積相同，浸沒(méi)的深度不同，而物體受的浮力相同，說(shuō)明物體浸沒(méi)在同種液體中，所受浮力大小與物體浸沒(méi)在液體中的深度無(wú)關(guān)；
（3）由圖甲可知，物體沒(méi)有浸入到水中前的拉力即為物體的重力G=5N；
由圖丙可知，圓柱體完全浸沒(méi)后，圓柱體受的浮力為F_浮=G-F_拉水=5N-1N=4N，
由浮力公式F_浮=ρ_水gV_排可知，物體的體積V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{4N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=4×10^-4m³，
（4）由圖甲和圖戍可得，在鹽水中受到的浮力F_浮鹽水=G-F_拉鹽水=5N-0.6N=4.4N，
圓柱體完全浸沒(méi)后，圓柱體排開(kāi)液體的體積等于圓柱體體積，即V_排鹽水=V=4×10^-4m³，
由F_浮鹽水=ρ_鹽水gV_排鹽水可得：
ρ_鹽水=$\frac{{F}_{浮鹽水}}{g{V}_{排鹽水}}$=$\frac{4.4N}{10N/kg×4×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=1.1×10³kg/m³．
（5）因?yàn)樵谖矬w全部浸沒(méi)前，物體進(jìn)入到液體中的深度越深．排開(kāi)液體的體積越大，浮力越大；物體全部浸沒(méi)后，排開(kāi)液體的體積不變，根據(jù)F_浮=ρgV_排可知，浮力不再變化；所以圖象a符合金屬圓柱體所受浮力和浸入深度的關(guān)系；
故答案為：（1）物體排開(kāi)液體的體積；（2）丙、丁；（3）4；4×10^-4；（4）1.1×10³；（5）a．

點(diǎn)評(píng) 此題主要考查的是學(xué)生對(duì)浮力大小與物體排開(kāi)液體的體積的關(guān)系的理解和掌握，讀懂圖象是解決此題的關(guān)鍵．