Question

19．小彤在探究影響浮力大小因素時(shí)，做了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)你根據(jù)小彤的實(shí)驗(yàn)探究回答下列問題：

（1）在C與E兩圖中，保持了排開液體的體積不變，研究的是浮力與液體密度關(guān)系而要研究浮力與物體排開液體體積的關(guān)系，則需要分析A圖與B、C兩圖的數(shù)據(jù)．
（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小明繪制了彈簧測力計(jì)對(duì)金屬體的拉力和金屬圓柱體所受浮力隨浸入液體深度變化的圖線，如圖乙所示．（P_水=1.0×10³kg/m³ g=10N/kg）分析圖象可知：
①曲線a（選填“a”或“b”）描述的是金屬體所受浮力的變化情況．
②該金屬體所受的重力為8N，金屬體的密度為4×10³kg/m³．
（3）小美不利用上述器材，只從老師那里拿來了一個(gè)裝有適量水的量筒，想完成橡皮泥密度的測量，請(qǐng)你幫她寫出實(shí)驗(yàn)的操作步驟及橡皮泥密度的表達(dá)式．
①在量筒中裝入適量水，讀出水的體積V₁．②將橡皮泥捏成小船狀放入量筒內(nèi)的水中，使橡皮泥小船漂浮在水面上，讀出水的體積V₂．③再將橡皮泥捏成實(shí)心，將橡皮泥放入量筒內(nèi)的水中，當(dāng)橡皮泥完全淹沒在水中時(shí)，讀出水的體積V₃．
表達(dá)式ρ_橡皮泥=$\frac{{ρ}_{水}（{V}_{2}-{V}_{1}）}{{V}_{3}-{V}_{1}}$．

Answer 1

分析 （1）影響浮力大小的因素是液體的密度和物體排開液體的體積，要探究浮力和其中一個(gè)因素的關(guān)系，就要采用控制變量法控制另外一個(gè)因素一定；由此分析解答；
（2）①根據(jù)浮力大小和排開液體體積之間的關(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；
②根據(jù)拉力變化的圖象可知，物體沒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時(shí)的浮力，根據(jù)F_浮=ρ_水gV_排求出物體的體積，由G=mg的變形公式求出金屬圓柱體的質(zhì)量，最后由密度公式求出密度；
（3）要想測量橡皮泥的密度，需要測量橡皮泥的質(zhì)量和體積．在現(xiàn)有器材的條件下，利用排水法，可測出橡皮泥的排水體積．
根據(jù)漂浮的條件，用等效替代的方法可以間接求出橡皮泥的質(zhì)量，最后根據(jù)密度公式求出橡皮泥的密度．

解答 解：
（1）分析圖C與E，排開液體的體積相同，液體的密度不同，可知是研究浮力與排開液體密度關(guān)系的；
研究浮力與物體排開液體體積的關(guān)系，應(yīng)控制液體的密度相同，改變物體排開液體的體積，由此圖中A與B、C的數(shù)據(jù)；
（2）①由圖甲所示實(shí)驗(yàn)可知，在物體全部浸沒前，物體浸入液體的深度越深，物體排開液體的體積越大，物體受到的浮力越大；
當(dāng)物體全部浸沒后，排開液體的體積不變，根據(jù)F_浮=ρgV_排可知，浮力不再變化；所以圖象a描述的是金屬圓柱體所受浮力的變化情況．
②由圖乙所示圖象可知，物體沒有浸入到水中前的拉力為2.7N，則物體的重力G=F=8N；
由圖象a可知，圓柱體完全浸沒后，圓柱體受的浮力為F_浮=2N，
由F_浮=ρ_水gV_排，
可得金屬圓柱體的體積V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{2N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=2×10^-4m³，
由G=mg可得，金屬圓柱體的質(zhì)量：m=$\frac{G}{g}$=$\frac{8N}{10N/kg}$=0.8kg，
金屬圓柱體的密度：ρ_物=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.8kg}{2×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=4×10³kg/m³；
（3）實(shí)驗(yàn)步驟如下：
①在量筒中裝入適量水，讀出水的體積V₁；
②將橡皮泥捏成小船狀放入量筒內(nèi)的水中，使橡皮泥小船漂浮在水面上，讀出水的體積V₂；
③再將橡皮泥捏成實(shí)心，將橡皮泥放入量筒內(nèi)的水中，當(dāng)橡皮泥完全淹沒在水中時(shí)，讀出水的體積V₃；
計(jì)算密度：
橡皮泥的體積為V₃-V₁；橡皮泥小船漂浮排開水的體積V_排=V₂-V₁；
由阿基米德原理可知，橡皮泥小船受到的浮力等于排開水的重力，即F_浮=ρ_水gV_排=ρ_水g（V₂-V₁）；
由于小船漂浮，則F_浮=G_橡，
橡皮泥的質(zhì)量：m=$\frac{{G}_{橡}}{g}$=$\frac{{ρ}_{水}g（{V}_{2}-{V}_{1}）}{g}$=ρ_水（V₂-V₁），
故橡皮泥的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{{ρ}_{水}（{V}_{2}-{V}_{1}）}{{V}_{3}-{V}_{1}}$．
故答案為：
（1）液體密度；B、C；
（2）①a；②8；4×10³；
（3）①在量筒中裝入適量水，讀出水的體積V₁；
②將橡皮泥捏成小船狀放入量筒內(nèi)的水中，使橡皮泥小船漂浮在水面上，讀出水的體積V₂；
③再將橡皮泥捏成實(shí)心，將橡皮泥放入量筒內(nèi)的水中，當(dāng)橡皮泥完全淹沒在水中時(shí)，讀出水的體積V₃；
$\frac{{ρ}_{水}（{V}_{2}-{V}_{1}）}{{V}_{3}-{V}_{1}}$．

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；應(yīng)用浮力公式與密度公式即可正確解題；
測橡皮泥實(shí)驗(yàn)中巧妙借助了等效替代的方法，求得了橡皮泥的質(zhì)量與體積，值得我們借鑒．