Question

4．如圖所示，是“探究浮力的大小跟排開液體所受重力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)”．利用彈簧測(cè)力計(jì)、石塊、水、溢水杯和小桶等器材進(jìn)行了如圖所示的四次測(cè)量．
（1）根據(jù)四次測(cè)量中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，可以知道浮力大小F_浮等于排開水的重力G_排．
（2）利用四次測(cè)量結(jié)果還可以知道石塊的密度ρ_石=2.1g/cm³．
（3）如果想知道鹽水的密度，接下來的操作是：將溢水杯中裝滿鹽水，將石塊浸沒在鹽水中，再讀出此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)．
（4）在另外一個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)中，也進(jìn)行了如圖的四次操作，但卻得出了F_浮大于G_排的結(jié)論，關(guān)于原因分析不合理的是A．
A．在丙步驟的操作中，石塊沒有完全浸沒在水中
B．放入石塊前，溢水杯中未裝滿水
C．在丙步驟的操作中，石塊碰到了容器底且對(duì)底部產(chǎn)生了壓力
D．是按照乙、丙、甲、丁的順序完成的實(shí)驗(yàn)．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)阿基米德原理，浸在液體中的物體所受的浮力等于它排開液體的重力；
（2）根據(jù)甲丙計(jì)算出石塊所受的浮力，由公式V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{g{V}_{排}}$計(jì)算出物體的體積，由m=$\frac{G}{g}$得出質(zhì)量的大小，從而根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算出石塊的密度；
（3）若能夠測(cè)出石塊浸沒在鹽水中的浮力，可根據(jù)ρ鹽=$\frac{{F}_{浮}}{g{V}_{排}}$計(jì)算出鹽水的密度；
（4）根據(jù)各個(gè)選項(xiàng)分析各種原因造成的結(jié)果，得出結(jié)論．

解答 解：（1）由甲知，G=3N，由丙知，F(xiàn)=1.6N，所以F_浮=G-F=3N-1.6N=1.4N；
由乙知，空桶的重力G_桶=0.4N，由丁知，G_總=1.8N，所以G_排=G_總-G_桶=1.8N-0.4N=1.4N；
分析知，F(xiàn)_浮=G_排；
（2）石塊的質(zhì)量：m=$\frac{G}{g}$=$\frac{3N}{10N/kg}$=0.3kg；
由F浮=ρ液gV排可知，石塊的體積：V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.4N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.4×10^-4m³；
則石塊的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.3kg}{1.4×1{0}^{-4}{m}^{3}}$≈2.1×10³kg/m³=2.1g/cm³；
（3）要測(cè)出鹽水的密度，需測(cè)量出石塊完全浸沒在鹽水中所受的浮力，所以下一步應(yīng)將石塊浸沒在鹽水中，再讀出此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)；
（4）A．在丙步驟的操作中，石塊沒有完全浸沒在水中，此時(shí)浮力與排出的水仍對(duì)應(yīng)，不會(huì)影響結(jié)果；
B．放入石塊前，溢水杯中未裝滿水，這樣會(huì)使排出的水偏少，造成G_排小于F_浮；
C．在丙步驟的操作中，石塊碰到了容器底且對(duì)底部產(chǎn)生了壓力，造成浮力測(cè)量偏大，造成F_浮大于G_排；
D．是按照乙、丙、甲、丁的順序完成的實(shí)驗(yàn)，這樣會(huì)造成物體的重力測(cè)量偏大，根據(jù)F_浮=G-F，則浮力測(cè)量偏大，造成浮力大于G排．
綜上所述，A對(duì)原因分析不合理．
故答案為：（1）等于；（2）2.1；（3）將石塊浸沒在鹽水中；（4）A．

點(diǎn)評(píng) 本題是探究阿基米德原理的實(shí)驗(yàn)，對(duì)問題的設(shè)計(jì)非常全面，應(yīng)用到了稱重法浮力的計(jì)算、阿基米德原理公式的應(yīng)用，并考查了對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的分析，是一道不錯(cuò)的題目．