Question

20．小明很善于思考，小明想：浮力是液體對物體向上的托力，而物體間力的作用是相互的，所以物體對液體一定有向下的壓力，那么浮力的大小和物體對液體壓力的大小有什么關系呢？
（1）如圖所示，小明和小紅利用燒杯、水、天平、合金圓柱體、細線和彈簧測力計，進行了如下探究：
①在燒杯中盛適量水，用天平測出燒杯和水的總質量m₁；
②用彈簧測力計測出圓柱體的重力G；
③如圖所示，將圓柱體部分浸入燒杯的水中，靜止在某一深度，記下彈簧測力計的示數(shù)F，則圓柱體所受水的浮力為G-F（用彈簧測力計所測得的量來表示）；此時向天平的右盤加上適量的砝碼，使天平重新平衡，記下天平的讀數(shù)m₂，則圓柱體對水的壓力為（m₂-m₁）g（用天平所測得的量來表示）．
（2）下表為小明和小紅記錄的實驗數(shù)據(jù)：（表中h₂＞h₁）

圓柱的位置	圓柱體的重力 G/N	彈簧測力計的示數(shù)F/N	燒杯和水的總質量m1/g	天平的讀數(shù)m2/g
圓柱體部分浸入	2.6	2.4	180	200
圓柱體浸沒深度h1	2.6	2.2	180	220
圓柱體浸沒深度h2	2.6	2.2	180	220

①通過分析表格中的數(shù)據(jù)，可以知道：圓柱體浸沒在水中所受的浮力為0.4N，圓柱體對水的壓力為0.4N．
②通過分析表格中的數(shù)據(jù)，可以得出：浮力的大小等于（選填“大于”、“小于”或“等于”）物體對液體壓力的大��；此外他們還發(fā)現(xiàn)：物體浸沒前浮力與浸入的深度有關．除此以外，你還能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律浸沒在液體中的物體所受浮力的大小與所處的深度無關．
③由表格中的數(shù)據(jù)可知，該圓柱體的密度為6.5×10³　kg/m³．

Answer 1

分析 （1）彈簧測力計示數(shù)變小的原因是受到水向上的浮力；圓柱體對水向下壓力與右盤中所加砝碼重力使天平再次平衡．
（2）①用彈簧測力計示數(shù)之差算浮力，用兩次平衡砝碼增值的重力算壓力進行比較；根據(jù)表格看浮力、浸入水中深度變化．
②根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$，由空中重力和浸沒浮力分別算出m和V，求出密度．

解答 解：
（1）彈簧測力計在空中和水中的讀數(shù)之差等于浮力，即浮力：F_浮=G-F；
物體對液體的壓力等于增加砝碼的重力，所以F_壓=（m₂-m₁）g．
（2）①圓柱體浸沒在水中，應取第二、三兩組數(shù)據(jù)：
浮力F_浮=2.6N-2.2N=0.4N；
物體對液體的壓力：F_壓=（m₂-m₁）g=（0.22kg-0.18kg）×10N/kg=0.4N；
所以F_浮=F_壓
②由一、二組數(shù)據(jù)可得：一組浮力0.2N，二組浮力0.4N，但二組圓柱體深度大于一組，說明物體浸沒前浮力與浸入的深度有關；
由二、三組數(shù)據(jù)可得：二組浮力0.4N，三組浮力0.4N，但三組圓柱體深度大于二組，說明物體浸沒后浮力與浸入的深度無關．
③二、三組數(shù)據(jù)看出物體已浸沒水中，F(xiàn)_浮=ρ_水gV_排，
所以圓柱體體積V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$，圓柱體的質量m=$\frac{G}{g}$；
因此圓柱體的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{G}{g}}{\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}}$=$\frac{G{ρ}_{水}}{{F}_{浮}}$=$\frac{2.6N×1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}{0.4N}$=6.5×10³kg/m³．
故答案為：（1）G-F；（m₂-m₁）g；（2）①0.4；0.4；②等于；浸沒在液體中的物體所受浮力的大小與所處的深度無關；③6.5×10³．

點評 初中物理對浮力的測量要求較高，本題除考查了基本測浮力的方法外，還涉及用天平的平衡測物體對液體的壓力、物體密度的計算，難度較大，容易出錯．學習中要掌握基本知識，加強綜合處理物理問題的能力訓練．