【題目】小冉在探究“浮力大小與哪些因素有關”的實驗中,用到如下器材:分度值為0.1N的彈簧測力計,底面積為5cm2高度為6cm的實心圓柱體銅塊,相同的大燒杯若干,水,密度未知的某種液體,細線等.

(1)小冉進行了如圖所示的實驗:A步驟所示彈簧測力計的示數(shù)為________ N;用彈簧測力計掛著銅塊緩慢地浸入液體中不同深度,步驟分別如圖B、C、D、E、F所示(液體均未溢出),并將其示數(shù)記錄在表中:

實驗步驟

B

C

D

E

F

彈簧測力計示數(shù)/N

2.6

2.5

2.4

2.4

2.3

(2)實驗步驟B中銅塊所受浮力為________ N,分析實驗步驟A、B、C、D,可以說明浮力大小跟________有關;分析實驗步驟A、E、F,可以說明浮力大小跟________有關.

(3)小冉用表格中的數(shù)據(jù)算出了某種液體的密度是________ kg/m3(結(jié)果保留一位小數(shù)),還算出了步驟B中銅塊下表面受到水的壓強是________ Pa.

(4)小冉在步驟B的基礎上繼續(xù)探究:保持銅塊下表面所處的位置不變,把彈簧測力計的拉環(huán)固定在鐵架臺上,緩慢向燒杯內(nèi)加水,發(fā)現(xiàn)彈簧測力計的示數(shù)逐漸________(選填“增大”或“減小”);當所加水使銅塊剛好浸沒時(水未溢出),燒杯底部受到水的壓強增加了________ Pa.(已知在一定范圍內(nèi),彈簧受到的拉力每減少0.1N,彈簧的長度就縮短0.1cm)

【答案】2.7 0.1 排開液體的體積 液體的密度 1.3×103 200 減小 420

【解析】

(1)認清彈簧測力計的分度值,根據(jù)指針對應的刻度讀數(shù);

(2)由彈簧測力計的示數(shù),根據(jù)“稱重法”算出物體受到的浮力;

(3)根據(jù)控制變量法,找出不變的量和變化的量,確定浮力大小與變化量之間的關系;

(4)在步驟D(或E)和F中,根據(jù)銅塊排開液體的體積不變(等于自身的體積)列方程,求出液體的密度;

(5)由浮力產(chǎn)生的原因,求步驟B中銅塊下表面受到水的壓強;緩慢向燒杯內(nèi)加水,銅塊受到的浮力增大,由此判斷彈簧測力計的示數(shù)的變化;求出銅塊剛好浸沒時,其上升的高度,從而確定水面上升的高度,根據(jù)△p=ρg△h求出增加的壓強.

(1)彈簧測力計的分度值為0.1N,步驟A所示彈簧測力計的示數(shù)為2.7N;

(2)由銅塊的重力和表中對應的示數(shù),在實驗步驟中B中,銅塊所受浮力F=G-F=2.7N-2.6N=0.1N;

(3)實驗步驟由B到步驟D,銅塊浸入水的體積越來越大,彈簧測力計示數(shù)F越來越小,則物體受到的浮力越來越大,說明浮力大小與物體排開液體的體積有關;實驗步驟A、E、F,物體排開液體的體積不變,改變的是液體的密度,因彈簧測力計示數(shù)不同,根據(jù)F=G-F示物體受到的浮力大小不同,可以說明浮力大小跟排開液體的密度有關;

(4)在步驟E、F中,銅塊受到的浮力分別為F浮水=2.7N-2.4N=0.3N、F浮鹽=2.7N-2.3N=0.4N,銅塊排開液體的體積等于其本身的體積,故V排水=V排液,根據(jù)阿基米德原理有,ρ鹽水×103kg/m3=1.3×103kg/m3;

(5)根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因,步驟B中銅塊下表面受到水的壓力等于其受到的浮力F=0.1N,

步驟B中銅塊下表面受到水的壓強p==200Pa.

緩慢向杯內(nèi)加水,銅塊受到的浮力逐漸增大,彈簧測力計的示數(shù)逐漸減小;

在步驟B中,銅塊浸入水中的深度:

hB=0.02m=2cm,

當所加水使銅塊剛好浸沒時(水未溢出),所加水的深度h=6cm-2cm=4cm=0.04m,

因此時排開水的體積為原來的2倍,浮力為原來的2倍,F′=2×0.1N=0.2N,

由于彈簧受到的拉力每減少0.1N,彈簧的長度就縮短0.1cm,

故彈簧縮短了2×0.1cm=0.2cm=0.02m,

即銅塊上升的高度h=0.2cm=2×10-3m,

故還應再加2×10-3m深的水,所以,增加的水的深度共計△h=0.04m+2×10-3m=4.2×10-2m,

故燒杯底部受到水的壓強增加了:

△p=ρg△h=103kg/m3×10N/kg×4.2×10-2m=420Pa.

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