Question

同学们在学习“阿基米德原理”这节课上，仔细观察了老师所做的演示实验（如图l）．课后复习时，物理兴趣小组的同学们，经过反复的思考、讨论，提出了对该实验的改进意见，并动手制作出了如图2的实验装置，其中A、B为两个规格相同的弹簧测力计，C为重物，D为薄塑料袋（质量不计），E是用废弃的大号饮料瓶、带孔橡皮塞以及弯曲玻璃管自制的溢水杯，杯中加入红色的水，F是升降平台（摇动手柄，可使平台高度缓慢上升、下降），G为铁架台．

（1）请你写出他们改进后的实验探究过程．
（2）对比图1、图2的两组实验，改进后的实验与原实验比较有哪些优点？（写2条）
①______
②______
（3）请利用弹簧测力计、石块、水和量筒，设计另一种验证“阿基米德原理”的方法．
（要求画出示意图，计按照图说明验证的过程）

Answer 1

解：（1）用弹簧测力计A测出物体C的重力为G，逐渐调高平台F，使重物浸入水中，读出弹簧测力计A的示数F₁和弹簧测力计B的示数F₂，比较G-F₁和F₂的关系．
（2）对比图1、图2的两组实验可知：图2的实验中，把水变为红色是为了增加可见度；
使用可调节的平台，可以形象观察到物体排出液体体积的增大；
使用铁架台是为了固定弹簧秤方便老师讲解．
故存在的优点有：①溢水杯中加红色水，增加了可见度；
②能同时显示出物体所受的浮力大小和物体排开液体的重力大小，便于直观比较；
③调节平台F的高度还可以观察到物体受到的浮力随排开液体的体积的增大而增大；
④弹簧上端固定住铁架台上，弹簧测力计示数更稳定
⑤薄塑料袋不计质量，弹簧测力计B的示数直接反映物体所受的浮力大小，操作简便；
⑥上课时不用老师拎着弹簧测力计读数，便于老师的讲解．
故答案为：①溢水杯中加红色水，增加了可见度；
②能同时显示出物体所受的浮力大小和物体排开液体的重力大小，便于直观比较．（上面的任意2条即可）
（3）如图：

①用弹簧测力计测出石块的重力G，
②在量筒中装入适量的水，测出水的体积V₁；
③将石块浸没在量筒中，读出弹簧测力计的示数F，读出此时水的体积为V₂；
验证：若G-F=ρg（V₂-V₁，）则阿基米德原理成立，反之则错误．
分析：（1）根据阿基米德原理可知，重物浸入水中的体积越来越大时受到的浮力变大，根据称重法可知弹簧测力计A示数的变化；此时重物排开水的体积变大即溢出水的体积变大，据此可知弹簧测力计B示数的变化；再根据阿基米德原理判断弹簧测力计A的示数变化量和弹簧测力计B的示数变化量之间的关系．
（2）改进后的优点从增加实验器材的目的来分析．
（3）根据F_浮=G_排，实验中需要测出浮力F_浮=G-F；排出液体的重力G_排根据G_排=m_排g=ρgV_排则因知道水的密度，测出排出水的体积即可；据此分析设计即可．
点评：本题主要是考查学生科学探究的能力、分析能力、观察能力以及对阿基米德原理的理解．