Question

14．小明同學(xué)用一個彈簧測力計、一個金屬塊、兩個相同的燒杯（分別裝有一定量的水和煤油），對浸在液體中的物體所受的浮力進(jìn)行了探究．探究過程及有關(guān)數(shù)據(jù)如圖所示．

（1）分析圖中的A、B（或A、C…），說明浸在液體中的物體受到豎直向上（填方向）的浮力；金屬塊浸沒在水中所受的浮力是4N．
（2）觀察ABCD四個圖（填圖的序號）可得出結(jié)論：金屬塊在同種液體中受到浮力的大小隨物體排開液體體積的增大而增大（選“增大”或“減小”）；
（3）分析A、D、E三個圖，說明浸在液體中的物體受到的浮力大小與液體密度有關(guān)．
（4）上述設(shè)計方案，采用的實(shí)驗(yàn)方法是A．
A、控制變量法  B、轉(zhuǎn)換法  C、模型法   D、等效法
（5）小明還想探究“物體受到的浮力大小與其形狀是否有關(guān)”．他找來薄鐵片、燒杯和水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)步驟如下：
步驟一：將鐵片放入盛水的燒杯中，鐵片下沉至杯底．
步驟二：將鐵片彎成“碗狀”再放入水中，它漂浮在水面上．
①通過分析可知，第一次鐵片受到的浮力小于第二次鐵片受到的浮力（選填“大于”、“等于”或“小于”）；
②小明得出：物體受到的浮力與其形狀有關(guān)．小明得出錯誤結(jié)論的原因是：他只關(guān)注了鐵片形狀的改變，忽視了排開水的體積對浮力大小的影響．
（6）根據(jù)圖中的相關(guān)數(shù)據(jù)計算得出：①金屬塊的密度是：2.5×10³kg/m³；
②煤油的密度是：0.8×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）分析圖中的A、B（或A、C…）可知，B（或C…）示數(shù)減小，說明受到浮力的方向與重力的方向相反；利用稱重法計求出金屬塊浸沒在水中所受的浮力；
（2）物體所受浮力的大小與排開液體的體積和液體的密度有關(guān)，要探究浮力與物體排開液體體積的關(guān)系時應(yīng)控制液體密度不變；
（3）分析A、D、E三個圖，打到圖中相同量和不同量，分析得出結(jié)論；
（4）一個物理量受到多個因素的影響，如果要探究這個物理量與其中一個因素的關(guān)系，必須要控制其他因素相同，這種方法叫做控制變量法；
（5）①物體下沉?xí)rF_浮＜G，漂浮時F_浮=G，由此可知鐵片兩次受到的浮力的關(guān)系；
②探究浮力與物體形狀是否有關(guān)，應(yīng)控制物體排開液體的體積和液體密度相同．
（6）①根據(jù)F_浮=ρgV_排變形可求得金屬塊排開水的體積，因?yàn)槿�部浸沒，所以V_排=V_物，根據(jù)金屬塊的重力可求得其質(zhì)量，然后可求得密度；
②根據(jù)圖示實(shí)驗(yàn)求出物體在水與煤油中受到的浮力，然后根據(jù)浮力公式求出煤油的密度．

解答 解：
（1）分析圖中的A、B（或A、C…）可知，B（或C…）示數(shù)減小，說明受到浮力的方向與重力的方向相反，即浮力的方向豎直向上；
物體在空氣中的重力G=10N，浸沒在水中時彈簧測力計的示數(shù)F_拉=7N，根據(jù)稱重法得：F_浮=G-F_拉=10N-6N=4N；
（2）物體所受浮力的大小與排開液體的體積和液體的密度有關(guān)，要探究浮力與金屬塊排開液體體積的關(guān)系時應(yīng)控制液體密度不變，改變金屬塊浸入液體的體積．
由此可知，ABCD四個圖符合要求；
由這四個圖可以發(fā)現(xiàn)，金屬塊浸入水中的體積越來越大，彈簧測力計示數(shù)越來越小，即浮力在增大；
（3）由A、D、E在三個圖可知，金屬塊都浸沒在液體中，即排開液體的體積相等，但彈簧測力計示數(shù)不同，說明它在兩種液體中受到浮力不同，由此說明浸在液體中的物體受到的浮力大小與液體密度有關(guān)；
（4）由前面分析可知，本實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)方法是控制變量法；
（5）①由物體的浮沉條件可知，鐵片下沉?xí)rF_浮1＜G，鐵片漂浮時F_浮2=G，則F_浮1＜F_浮2；
②錯誤原因就是沒有利用控制變量法，即沒有控制排開相同體積的液體；
（6）①由F_浮=ρgV_排，由圖AD可得：V_金屬=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$，
所以金屬塊的密度：ρ_金屬=$\frac{{m}_{金屬}}{V}$=$\frac{G}{Vg}$=$\frac{G}{\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}g}$=$\frac{G}{{F}_{浮}}$•ρ_水=$\frac{10N}{4N}$•ρ_水=2.5×10³kg/m³；
②由圖AE所示實(shí)驗(yàn)可知，金屬塊浸沒在煤油中受到的浮力F_浮′=10N-6.8N=3.2N，
設(shè)金屬塊體積為V，由浮力公式：F_浮=ρgV_排，
F_浮=ρ_水gV，F(xiàn)_浮′=ρ_煤油gV，
$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{{F}_{浮}′}{{ρ}_{煤油}g}$，
則鹽水的密度：ρ_煤油=$\frac{{F}_{浮}′{ρ}_{水}}{{F}_{浮}}$=$\frac{3.2N}{4N}$×1×10³kg/m³=0.8×10³kg/m³．
故答案為：
（1）豎直向上；4；
（2）ABCD；增大；
（3）液體密度；
（4）A；
（5）小于；排開水的體積；
（6）2.5×10³；0.8×10³．

點(diǎn)評 本題考查了探究浮力大小的實(shí)驗(yàn)，涉及到了密度的計算、浮力的計算和阿基米德原理，側(cè)重考查了稱量法測密度和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論的能力．有一定難度．