Question

现在实验室有调节好的托盘天平一架（带砝码），平底试管一个，足量的沙子，小勺一把，符合要求的量筒中装有适量的水等器材．请你设计实验证明：“平底试管在水中漂浮时所受的浮力跟它排开水的体积成正比”．要求：（1）写出主要实验步骤；（2）设计实验记录表格．

Answer 1

解：（1）实验步骤：
①向试管内装入适量沙子，在量筒中注入适量的水，把试管放入量筒中，使试管漂浮在水中，用量筒测出试管排开水的体积V₁，将测量数据记录在表格中；
②从水中取出试管，擦干后用天平称出试管和沙子的质量m₁，将数据记录在表格中；
③仿照步骤①和②，改变试管内沙子的质量，使试管都漂浮在量筒的水中，用量筒依次测出试管排开水的体积V₂…V₆，用天平依次称出试管和沙子的质量m₂…m₆，将测量数据记录在表格中；
④根据F_浮=G=mg和测量数据，计算6次试管受到的浮力F_浮1…F_浮6，将计算的数据记录在表格中．
（2）实验记录表格

V/cm3
m/g
F浮/N

分析：器材中缺少弹簧测力计，因此实验的关键是如何用天平测出试管所受的浮力．用天平测出试管和沙子的质量，利用漂浮时F_浮=G=mg计算漂浮时所受浮力．
点评：本题是一道探究设计题，考查了天平测浮力的方法，以及研究试管在水中漂浮时所受浮力与排开液体体积的关系，解题时需要注意以下四点：
（1）明确自变量、因变量和控制变量；（2）排水法测体积；（3）利用天平测量物体的浮力；（4）实验语言的严谨性．
此题需要从多层面、多方位探索与题目有关的知识而获得解决的试题．这类试题是以考查学生应用物理知识综合分析和解决问题的能力为基点，从较高的尺度上对学生的理解能力、概括能力、实验能力、分析能力等进行考查，以提高学生的综合探索创新能力．