Question

5．在“探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)”時，同學們提出如下的猜想：
A：可能與物體浸沒在液體中的深度有關(guān)；
B：可能與物體的密度有關(guān)；
C：可能與物體的體積有關(guān)；
D：可能與物體浸在液體中的體積有關(guān)；
E：可能與液體的密度有關(guān)．
為了驗證上述猜想，小明利用下列器材做了如圖1所示的實驗．

器材：體積相等的鐵塊、銅塊，彈簧測力計，一杯水，一杯鹽水，細繩．
（1）分析比較實驗③④，可以驗證猜想D是正確的；分析比較實驗④⑤，可以驗證猜想A是錯誤的（選填“A、B、C、D、E”）．
（2）分析比較實驗①⑤與②⑥，可以驗證猜想B是錯誤的（選填“A、B、C、D、E”）．
（3）分析比較實驗⑥⑦可得：浸在液體中的物體所受浮力的大小與液體的密度有關(guān)．
（4）該實驗探究主要運用的科學探究方法是：控制變量法．
（5）另一小組在實驗結(jié)束后，繪制了彈簧測力計對圓柱體的拉力和圓柱體所受浮力隨浸入液體深度變化的兩條圖線．如圖2所示．分析圖象可知：
①曲線a（選填“a”或“b”）描述的是圓柱體所受浮力的變化情況．
②圓柱體所受重力為2.7N，浸沒后圓柱體的浮力是1.0N，圓柱體的密度為2.7×10³kg/m³．
（6）結(jié)論：物體在液體中受到的浮力大小跟物體排開液體的體積有關(guān)，跟液體的密度有關(guān)，與物體浸沒液體的深度無關(guān)．

Answer 1

分析 （1）應(yīng)用控制變量法分析圖③④所示實驗與圖④⑤所示實驗，根據(jù)實驗控制的變量與實驗現(xiàn)象得出實驗結(jié)論，然后分析答題．
（2）分析①⑤與②⑥所示實驗，根據(jù)實驗控制的變量與實驗現(xiàn)象分析答題．
（3）要探究浮力與液體密度的關(guān)系，應(yīng)控制物體排開液體的體積相等而液體密度不同，分析圖示實驗，然后答題．
（4）物理學中對于多因素的問題常采用控制因素的辦法，把多個因素的問題變成多個單因素的問題，這種方法叫控制變量法．
（5）①讀懂圖象中圓柱體受到的拉力（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，當圓柱體所在水的深度為h=0，也就是沒有與水接觸時，彈簧測力計的示數(shù)等于圓柱體的重力；已知重力，可以得到圓柱體的質(zhì)量；
當圓柱體完全浸沒時，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=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$得到圓柱體的體積；已知圓柱體的質(zhì)量和體積，利用公式ρ=$\frac{m}{V}$得到其密度；
（6）根據(jù)阿基米德原理的推導公式F_浮=G_排=ρ_液V_排g知道浮力大小與液體的密度和排開液體的體積有關(guān)．

解答 解：（1）由圖③④所示實驗可知，鐵塊排開水的體積不同，鐵塊受到的浮力不同，由此可知，物體受到的浮力與物體排開液體的體積有關(guān)，由此可知，猜想D是正確的；由圖④⑤所示實驗可知，鐵塊排開水的體積相同而鐵塊進入水中的深度不同而鐵塊受到的浮力相等，由此可知，物體受到的浮力與物體進入液體的深度無關(guān)，由此可知，猜想A是錯誤的．
（2）由圖①⑤所示實驗可知，鐵塊浸沒在水中時受到的浮力為3N-1N=2N，由圖②⑥所示實驗可知，銅塊浸沒在水中時受到的浮力為4N-2N=2N，由圖⑤⑥所示實驗可知，鐵塊與銅塊的體積相等，因此由①⑤于②⑥所示實驗可知，物體受到的浮力與物體的密度無關(guān)，故猜想B是錯誤的．
（3）由⑥⑦所示實驗可知，銅塊排開液體的體積相同而液體密度不同，銅塊受到的浮力不同，由此可得，浸在液體中的物體所受浮力的大小與液體的密度有關(guān)．
（4）該實驗探究主要運用的科學探究方法是控制變量法；
（5）①圖象a表示的是隨圓柱體浸入液體深度的增大，圓柱體受到的浮力開始越來越大，最后保持不變；圖象b表示的是隨圓柱體浸入液體深度的增大，圓柱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，圓柱體的重力為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
所以圓柱體的體積為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
圓柱體的密度為ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.27kg}{1.0×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=2.7×10³kg/m³；
（6）實驗表明，浸在液體中的物體受到浮力的作用，浮力的大小與液體的密度和排開液體的體積有關(guān)，與物體在液體中浸沒的深度無關(guān)．
故答案為：（1）D；A；（2）B；（3）⑥⑦（4）控制變量法；（5）①a；②2.7；1.0；2.7×10³；（6）體積；密度；深度．

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．