Question

2．小明幫爺爺澆菜園．他從井中提水時發(fā)現(xiàn)盛滿水的桶露出水面越多，提桶的力就越大．由此他猜想：浮力大小可能與物體排開液體的體積有關(guān)．于是他找來一個金屬圓柱體、彈簧測力計和燒杯等器材進行了如圖1所示的探究．

（l）分析圖1中彈簧測力計示數(shù)的變化可知，物體排開水的體積越大，所受的浮力越大．
（2）實驗結(jié)束后，小明繪制了彈簧測力計對金屬圓柱體的拉力和金屬圓柱體所受浮力隨浸入液體深度變化的曲線，如圖2所示．（ρ_水=1.0×10³kg/m³，取g=10N/kg），分析圖象可知：
①曲線a（選填“a”或“b”）描述的是金屬圓柱體所受浮力的變化情況；
②該金屬圓柱體的重力為2.7 N，在圖1丁所示的情形下，金屬圓柱體所受的浮力為1.0 N，金屬圓柱體的密度為2.7×10³ kg/m³；
（3）爺爺鼓勵小明對“浸在液體中的物體所受到的浮力大小是否與液體的密度有關(guān)”這一問題進行探究請你幫小明把下面“實驗器材”“實驗步驟”中的部分內(nèi)容填寫完整．
實驗器材：金屬圓柱體、彈簧測力計、燒杯、水、鹽水、細線
實驗步驟：
①用細線拴住金屬圓柱體，懸掛在彈簧測力計下；
②將金屬圓柱體先后分別完全浸沒在水和鹽水中，分別讀出兩次彈簧測力計的示數(shù)F₁和F₂．
③比較F₁和F₂的大小，分析得出物體所受浮力的大小是否與液體的密度有關(guān)．
（4）如圖3所示，是小明在學(xué)校實驗室經(jīng)常使用的彈簧測力計，若用該測力計測該金屬圓柱體所受的重力，請你在圖中畫出此時彈簧測力計指針的位置．

Answer 1

分析 （1）浸在液體中的物體受到液體的浮力，浮力大小等于重力與彈簧測力計的拉力之差，重力不變，浮力是否變化通過拉力是否變化得出；
（2）①讀懂圖象中物體受到的拉力（浮力）與所在水的深度的關(guān)系，就能做出正確的選擇；
②由圖象可知，當物體所在水的深度為h=0，也就是沒有與水接觸時，彈簧測力計的示數(shù)等于物體的重力；已知重力，可以得到物體的質(zhì)量；
當物體完全浸沒時，浮力的大小可以得到；已知浮力和水的密度，利用公式V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$得到物體的體積；已知物體的質(zhì)量和體積，利用公式ρ=$\frac{m}{V}$得到其密度；
（3）要探究浮力與液體密度的關(guān)系，除上面的器材外，還要有彈簧測力計；同時保持物體排開不同液體的體積一定，記錄物體受到的浮力，比較浮力與密度的關(guān)系；
（4）彈簧測力計的量程是0～5N，分度值是0.2N，鉤碼的重力是2.7N，將測力計的指針畫在2N以下三個半格的刻線處．

解答 解：
（1）由圖知，隨著物體浸入水中體積的增大，彈簧測力計的示數(shù)逐漸減小，說明物體受到的浮力不斷增大；
（2）①圖象a表示的是隨物體浸入液體深度的增大，物體受到的浮力開始越來越大，最后保持不變；圖象b表示的是隨物體浸入液體深度的增大，物體受到的拉力開始越來越小，最后保持不變．所以描述浮力與深度關(guān)系的是a；
②由圖象知，物體的重力為G=2.7N，所以質(zhì)量為m=$\frac{G}{g}$=$\frac{2.7N}{10N/kg}$=0.27kg
當物體完全浸沒時，受到的浮力為F_浮=1.0N
所以物體的體積為V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.0N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.0×10^-4m³
物體的密度為ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.27kg}{1.0×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=2.7×10³kg/m³；
（3）器材：金屬圓柱體、彈簧測力計、燒杯、水、鹽水、細線
步驟：②將金屬圓柱體完全浸沒在清水中，讀出此時彈簧測力計的示數(shù)F₁；將金屬圓柱體完全浸沒在鹽水中，讀出此時彈簧測力計的示數(shù)F₂；
（4）由圖知，在1N之間有5個小格，一個小格代表0.2N，即分度值為0.2N，如果重力為2.7N金屬圓柱體掛在彈簧測力計的掛鉤上，指針的位置應(yīng)該在“2”后三個半小格處，如下圖：
．
故答案為：
（1）越大；（2）①a；②2.7；1.0；2.7×10³；（3）彈簧測力計；完全浸沒；鹽水；（4）如上圖．

點評 物體受到的浮力與排開液體的體積太小有關(guān)，與所處的深度無關(guān)．當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．