Question

1．如圖甲是小明“探究浮力大小”的實(shí)驗(yàn)過程示意圖．

（1）實(shí)驗(yàn)步驟C和D可以探究浮力大小與排開液體的體積的關(guān)系，步驟B和D可以測出物塊浸沒在水中時受到的浮力F_浮，步驟A和E可以測出物塊排開的水所受重力G_排；比較F_浮與G_排，可以得到浮力的大小跟物體排開的水所受重力的關(guān)系．
（2）圖乙是物塊緩慢浸入水中時，彈簧測力計示數(shù)F隨浸入深度h變化的關(guān)系圖象．分析圖象，可得關(guān)于浮力大小的一條結(jié)論：物塊浸沒前，物體排開的液體體積越大，物塊所受的浮力越大（或浸沒在液體中的物體所受浮力大小與它所處深度無關(guān)）．
（3）此物塊的密度是2.5g/cm³．（g取10N/kg）
（4）【拓展】完成上述實(shí)驗(yàn)后，小明又將在彈簧測力計下的物塊剛好浸沒在密度為0.8g/cm³的煤油中，此時物塊下表面受煤油的壓力為1.44N．

Answer 1

分析 1）要先測物塊的重力和空桶的重力，然后再把物塊沒入水中，測出物塊受到的浮力，最后再測出桶和溢出水的重力；分析幾步實(shí)驗(yàn)的相同因素和不同因素，就可知道這幾步是探究哪個因素對浮力的影響，并根據(jù)測力計示數(shù)計算出每步浮力的大小，從而得出結(jié)論．
（2）乙圖中物體已全部浸入了水中，所以彈簧測力計的示數(shù)應(yīng)讀隨h的增大F不變的一段的示數(shù)，利用稱重法可計算出此時物體所受的浮力；
由圖可知彈簧測力計的示數(shù)有一段隨h的增大而不變，可總結(jié)出物體所受浮力與深度的關(guān)系．
（3）由阿基米德原理求出排開液體的體積，再利用重力、密度的變形公式求出物塊的密度；
（4）根據(jù)阿基米原理，根據(jù)物體浸沒在水和煤油中受到的浮力之比得出在油中的浮力，根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因得出結(jié)果．

解答 解：
（1）圖中測力計分度值為0.2N，圖ABCDE中測力計示數(shù)分別為：1N（空桶的重力）、3N（物體的重力）、2.4N（物體部分浸入時測力計的示數(shù)）、1.8N（物體浸沒時測力計的示數(shù)）、2.2N（空桶和溢出水的總重）；
在圖CD中，相同因素是液體的密度，不同因素是排開液體的體積．
根據(jù)稱重法，在C中物體受到的浮力：F_浮C=G-F_示C=3N-2.4N=0.6N，
在D中物體受到的浮力為：F_浮D=G-F_示D=3N-1.8N=1.2N，
所以，實(shí)驗(yàn)步驟C和D可以探究浮力大小與排開液體的體積的關(guān)系；
步驟B和D可以測出物塊浸沒在水中時受到的浮力：F_浮D=G-F_示D=3N-1.8N=1.2N；
步驟A和E可以測出物塊排開的水所受重力：G_排=2.2N-1N=1.2N，
比較F_浮與G_排，可以得到浮力的大小跟物體排開的水所受重力的關(guān)系；
（2）物體未浸入水中時（h=0），從圖乙可讀出物體的重力G=3N；物塊浸沒前，彈簧測力計的示數(shù)逐漸減小，則浮力逐漸增大；
故得出的結(jié)論是：物塊浸沒前，物體排開的液體體積越大，物塊所受的浮力越大；
物體浸沒后，彈簧測力計的示數(shù)隨h的增大而不變，即浮力大小不變，故可得出：浸沒在液體中的物體所受浮力大小與它所處深度無關(guān)．
（3）由圖象可知，物體浸沒在水中時的浮力：F_水=G-F_示=3N-1.8N=1.2N，
由阿基米德原理可得F_浮=ρ_水V_排g-----------①，
則物體的體積：V_物=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$；
則物體的密度：
ρ_物=$\frac{m}{{V}_{物}}$=$\frac{G}{{gV}_{物}}$=$\frac{G}{g×\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}}$=$\frac{G}{{F}_{浮}}$×ρ_水=$\frac{3N}{1.2N}$×1.0×10³kg/m³=2.5×10³kg/m³=2.5g/cm³；
（4）小明又將在彈簧測力計下的物塊剛好浸沒在密度為0.8g/cm³的煤油中，
根據(jù)阿基米德原理可得F_油=ρ_油V_排g-------②，
①除以②得：$\frac{{F}_{水}}{{F}_{油}}$=$\frac{{ρ}_{水}}{{ρ}_{油}}$，
即F_油=$\frac{{ρ}_{油}}{{ρ}_{水}}$×F_水=$\frac{0.8×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}$×1.8N=1.44N．
根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因，物體受到液體向上的壓力與向下的壓力之差即為浮力大小，因物體剛好浸沒在煤油中，故物體上表面受到煤油的壓力為0，即F_下表面-0=F_油=1.44N，故物塊下表面受煤油的壓力為1.44N．
故答案為：（1）排開液體的體積；D；E；
（2）物塊浸沒前，物體排開的液體體積越大，物塊所受的浮力越大（或浸沒在液體中的物體所受浮力大小與它所處深度無關(guān)）；
（3）2.5；
（4）1.44．

點(diǎn)評 本題用到的知識點(diǎn)有重力、質(zhì)量、密度、單位換算、二力平衡、受力分析、阿基米德原理及浮力產(chǎn)生的原因等，考查學(xué)生結(jié)合圖象對所學(xué)知識進(jìn)行綜合分析的能力，難度較大．