Question

6．某小組同學(xué)探究“浸在水中時(shí)，物體所受浮力的大小”．
（1）①首先，他們進(jìn)行“比一比，誰(shuí)的小船貨物裝得多”的活動(dòng)，裝載貨物前后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖1所示．請(qǐng)你仔細(xì)觀察、比較圖1（a）和（b），并簡(jiǎn)要描述相關(guān)現(xiàn)象：小船浸入深度增大、排開(kāi)水增多、容器中水面升高．

由此，三位同學(xué)提出了不同的猜想A、B和C．
猜想A：浮力的大小跟物體浸入水中的深度有關(guān)．
猜想B：浮力的大小跟物體排開(kāi)水的多少有關(guān)．
猜想C：浮力的大小跟物體所受重力的大小有關(guān)．
②接著，該小組同學(xué)利用彈簧測(cè)力計(jì)、溢水杯、小桶（不計(jì)重力）、水等器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．他們先在可密封的圓柱體內(nèi)裝一些小鉛粒，然后用細(xì)線將圓柱體懸掛在測(cè)力計(jì)下．當(dāng)此圓柱體分別在空氣中和水中不同的深度處保持靜止時(shí)，測(cè)力計(jì)的示數(shù)和小桶中的水量如圖所示．他們通過(guò)思考圖2中“測(cè)力計(jì)示數(shù)變化的原因”，得到浮力測(cè)量的方法．
根據(jù)圖（c）和（d）所示的測(cè)力計(jì)示數(shù)、小桶中水量等變化情況，可排除猜想A（選填“A”、“B”或“C”）；
在猜想B的基礎(chǔ)上（選填“A”、“B”或“C”），進(jìn)一步分析并形成假設(shè)D：物體在水中所受浮力的大小等于它排開(kāi)水的重力．
③為了驗(yàn)證假設(shè)D，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，他們記錄了圓柱體在空氣中、水中靜止時(shí)的測(cè)力計(jì)示數(shù)F和小桶所收集的排開(kāi)水的重力G_排，其部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表一，則該柱體的重力為3.2N．隨后，他們又在該圓柱體添加了若干鉛粒，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，其部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表二：
表一　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

實(shí)驗(yàn) 序號(hào)	F （牛）	G排 （牛）
1	3.2	0
2	2.8	0.4
3	2.4	0.8
4	2.0	1.2
5	2.0	1.2

表二

實(shí)驗(yàn) 序號(hào)	F （牛）	G排 （牛）
6	4.6	0
7	4.0	0.6
8	3.6	1.0
9	3.4	1.2
10	3.4	1.2

（2）①分析、比較表一或表二的數(shù)據(jù)，初步驗(yàn)證假設(shè)D是正確．（選填“正確”或“錯(cuò)誤”）
②分析、比較表一和表二的數(shù)據(jù)，可得出其它的初步結(jié)論是體所受浮力的大小跟該物體所受重力的大小無(wú)關(guān)．
③如果在上述表二對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中所用的圓柱體是一個(gè)實(shí)心的圓柱體，請(qǐng)你根據(jù)表二的數(shù)據(jù)計(jì)算出改圓柱體的密度可能為3.8×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）仔細(xì)觀察、比較圖1（a）和（b），從水面高度變化、小船浸入深度、排開(kāi)水的多少幾個(gè)方面可對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行描述；
（2）圖2（c）和（d）所示的測(cè)力計(jì)示數(shù)相同、小桶中水量沒(méi)有變化，只是物體浸沒(méi)的深度不同，說(shuō)明浸沒(méi)深度對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)沒(méi)有影響，據(jù)此可排除猜想A；
猜想B中指出浮力的大小跟物體排開(kāi)水的多少有關(guān)，我們進(jìn)一步推理，排開(kāi)水的多少反映了浮力的大小，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)找出兩者的數(shù)量關(guān)系，從而得出假設(shè)D；
（3）表一中物體的重力為3.2N，減去它每次的彈簧測(cè)力計(jì)拉力，就是浮力的大小，再與G_排進(jìn)行比較，可得出二者的大小關(guān)系；
（4）根據(jù)表格中數(shù)據(jù)計(jì)算出物體完全浸沒(méi)時(shí)所受的浮力，根據(jù)V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{液}g}$計(jì)算出物體的密度，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{G}{gV}$計(jì)算出物體的密度．

解答 解：
（1）①觀察、比較圖1（a）和（b），可以看出，當(dāng)在小船中放入重物后，主要現(xiàn)象有：小船浸入深度增大、排開(kāi)水增多、容器中水面升高；
②觀察圖2（c）和（d）中的測(cè)力計(jì)示數(shù)、小桶中水量等變化情況可知，測(cè)力計(jì)示數(shù)不變，小桶中水量不變，因此可說(shuō)明浮力的大小與物體浸沒(méi)的深度無(wú)關(guān)，故可排除猜想A；
在猜想B的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析可得出物體在水中所受浮力的大小跟物體排開(kāi)水所受重力的關(guān)系，因此可形成假設(shè)D：浮力的大小等于它排開(kāi)的水所受的重力；
③圓柱體浸入水中前，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)即為該柱體的重力為3.2N；
（2）①根據(jù)稱重法F_浮=G-F_拉，可依次求出每次物體浸入時(shí)所受的浮力，如序號(hào)2所受浮力=3.2N-2.8N=0.4N，與G_排相比較可以看出，二者的大小是相同的．同樣的方法可分析表一、表二中的其他數(shù)據(jù)，也可以得出相同的結(jié)論．因此，初步驗(yàn)證假設(shè)D是正確的；
②表一與表二的實(shí)驗(yàn)條件變化還有就是將物體的重力增大了，在排開(kāi)水的體積不變的情況下，我們發(fā)現(xiàn)，物體的重力大小對(duì)浮力并沒(méi)有造成影響，因此，可得出初步的結(jié)論：在水中物體所受浮力的大小跟該物體所受重力的大小無(wú)關(guān)．
③由第10次實(shí)驗(yàn)知，當(dāng)物體完全浸沒(méi)時(shí)，F(xiàn)_浮=G_排=1.2N；
V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{液}g}$=$\frac{1.2N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.2×10^-4m³；
圓柱體的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{G}{gV}$=$\frac{4.6N}{10N/kg×1.2×1{0}^{-4}{m}^{3}}$≈3.8×10³kg/m³．
故答案為：
（1）①小船浸入深度增大、排開(kāi)水增多、容器中水面升高；
②A； B； 它排開(kāi)水的重力；
③3.2；
（2）①正確；
②體所受浮力的大小跟該物體所受重力的大小無(wú)關(guān)；
③3.8×10³．

點(diǎn)評(píng) （1）在觀察現(xiàn)象時(shí)應(yīng)從水面的變化、小船浸入的深度、排水的多少等方面全面描述；
（2）在分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)控制變量法的要求，明確變量與不變量是哪些，再通過(guò)觀察所研究的量對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的影響最終做出判斷；
（3）浮力的大小可通過(guò)稱重法依次求出，通過(guò)比較浮力的大小與排開(kāi)水的重力的大小可得出第一個(gè)問(wèn)題的結(jié)論；而從表一到表二的變化，應(yīng)重點(diǎn)注意是物體的排水體積沒(méi)變，只是物體自身重力改變了，而這一變化不會(huì)對(duì)浮力的大小造成影響．