Question

4．小明利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行浮力有關(guān)問題的探究．他用彈簧測力計(jì)測出物體的重力，并把它慢慢放入水中．根據(jù)測力計(jì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪出了彈簧測力計(jì)對物體的拉力和物體所示浮力隨著浸入水中深度變化的圖象（如圖乙所示）
（1）根據(jù)圖甲所示，物體的重力為2N．
（2）分析圖乙圖象可知：圖象a（選填“a”或“b”）是描述物體所受拉力隨浸入水中深度的變化圖象；F₁、F₂、F₃這三個力之間的等量關(guān)系是F₁=F₂+F₃．
（3）從圖中可以看出物體密度與水的密度的關(guān)系：ρ_物小于（或＜）2ρ_水．

Answer 1

分析 （1）搞清測力計(jì)的分度值，根據(jù)指針的位置讀數(shù)；
（2）根據(jù)阿基米德原理判斷物體所受浮力的變化結(jié)合圖象得出結(jié)論；
搞清F₁、F₂、F₃這三力的含義，利用平衡力的知識得出結(jié)論；
（3）測量物體密度的基本原理是ρ=$\frac{m}{V}$．利用彈簧測力計(jì)可以得到物體的重力，利用m=$\frac{G}{g}$得到質(zhì)量；物體可以浸沒在水中，由圖象知道鐵塊受到的浮力，利用公式V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$得到物體浸入水中的體積，也就是物體的體積．從而可得出物體密度與水的密度的關(guān)系．

解答 解：（1）由圖甲知，物體的重力為2N；
（2）根據(jù)阿基米德原理，在未完全浸沒時，浮力應(yīng)隨著浸入深度的增加而增大，當(dāng)完全浸沒時，深度增加，浮力大小不變，所以物體所受拉力應(yīng)先減小后不變，所以a是描述拉力與深度關(guān)系的，b是描述浮力與深度關(guān)系的；
圖象a中的F₃表示物體全部浸沒后彈簧測力計(jì)的拉力；圖象b中的F₂表示物體全部浸沒后，物體所受的浮力；又知道物體全部浸沒后受到三個力的作用，向下的重力和向上的浮力、拉力，此時物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，受的是平衡力，即重力等于浮力加拉力，所以F₁=F₂+F₃；
（3）物體的質(zhì)量m=$\frac{G}{g}$=$\frac{{F}_{1}}{g}$，
當(dāng)物體完全浸沒時，受到的浮力為F_浮=F₂，
由F_浮=ρ_水gV_排得，物體的體積V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{{F}_{2}}{{ρ}_{水}g}$，
物體的密度：ρ_物=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{{F}_{1}}{g}}{\frac{{F}_{2}}{{ρ}_{水}g}}$=$\frac{{F}_{1}}{g}$×$\frac{{ρ}_{水}g}{{F}_{2}}$=$\frac{{F}_{1}}{{F}_{2}}$×ρ_水；
由圖知，F(xiàn)₁＜2F₂，可知$\frac{{F}_{1}}{{F}_{2}}$＜2，則ρ_物＜2ρ_水．
故答案為：（1）2； （2）a；F₁=F₂+F₃；（3）小于（或＜）．

點(diǎn)評 物體受到的浮力與排開液體的體積大小有關(guān)，與所處的深度無關(guān)．當(dāng)物體接觸液面不斷向下過程中，不要只注意深度的增大，排開液體的體積也是增大的，這才是浮力增大的根本原因．