Question

1．在探究“浮力大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，有同學(xué)猜想“浸在液體中的物體受到的浮力大小可能與物體排開液體的體積有關(guān)”，在老師指導(dǎo)下，小強(qiáng)找來(lái)一個(gè)金屬圓柱體、彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)繩和燒杯等器材進(jìn)行了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)．

（1）分析圖1中彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的變化可知，物體排開液體的體積越大，所受的浮力越大．
（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小明繪制了彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)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該金屬圓柱體所受的重力為2.7　N，金屬圓柱體的密度為2.7×10³kg/m³．
（3）完成上述實(shí)驗(yàn)后，該同學(xué)還想知道物體所受液體的浮力大小是否與液體的密度是否有關(guān)，現(xiàn)給你一杯鹽水，并利用已有的實(shí)驗(yàn)器材，請(qǐng)你幫助小強(qiáng)同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)步驟及論證方法．（要求合適的符號(hào)表示測(cè)量的物理量）

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(cè)力計(jì)的拉力之差，重力不變，浮力是否變化通過(guò)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(dāng)物體所在水的深度為h=0，也就是沒(méi)有與水接觸時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)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(dāng)物體完全浸沒(méi)時(shí)，根據(jù)阿基米德原理，利用公式V_物=V_排得到物體的體積；已知物體的質(zhì)量和體積，可求其密度；
（3）要探究浮力與液體密度的關(guān)系，要保持物體排開不同液體的體積一定，根據(jù)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，比較浮力與密度的關(guān)系．

解答 解：（1）由圖知，隨著物體浸入水中體積的增大，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)逐漸減小，說(shuō)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(lái)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(lái)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，浸沒(méi)時(shí)受到的浮力大小F_浮=1.0N，根據(jù)阿基米德原理，
V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.0}{{10}^{3}kg{/m}^{3}×10N/kg}$=10^-4m³，因浸沒(méi)，V_物=10^-4m³，所以，
物體的密度ρ=$\frac{G}{{gV}_{物}}$=$\frac{2.7N}{10N/kg{×10}^{-4}{m}^{3}}$=2.7×10³kg/m³；
故答案為：
（1）越大；
（2）①a；②2.7；2.7×10³；
（3）步驟：①用細(xì)線拴住金屬圓柱體，懸掛在彈簧測(cè)力計(jì)下，測(cè)出金屬圓柱體的重力G；
②將金屬圓柱體完全浸沒(méi)在清水中，讀出此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F₁；
③將金屬圓柱體完全浸沒(méi)在鹽水中，讀出此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F₂；
論證：比較F₁和F₂的大小，若相等，則物體所受浮力的大小與液體密度無(wú)關(guān)；
若不相等，則說(shuō)明物體所受浮力的大小與液體密度有關(guān)．

點(diǎn)評(píng) 物體受到的浮力與排開液體的體積大小有關(guān)，與所處的深度無(wú)關(guān)．當(dāng)物體接觸液面不斷向下過(guò)程中，深度的增大同時(shí)，排開液體的體積也是增大的，這才是浮力增大的根本原因．