Question

20．小宇和同学们做了下面几个力学实验，请你和他们共同完成下列实验．

（1）在“探究浮力的大小与哪些因素有关”时，小宇使用的是如图甲所示的实验装置（物体A为实心长方体），实验结束后，根据实验数据绘制了弹簧测力计的示数F与物体A的下表面浸入水中的深度h的关系图象（如图乙），根据图象回答下列问题：
①物体A的重力为1.2N．
②物体A浸没在水中之前，弹簧测力计的示数随A的下表面浸入水中深度的增加而减小，这一现象说明浮力与排开液体体积（选填“物体体积”或“排开液体体积”）有关．物体A浸没在水中后，所受的浮力为1.0N，且保持不变，说明浸没在水中的物体所受的浮力与它浸没在水中的深度无关（选填“有关”或“无关”）．
③物体A的密度为1.2×10³kg/m³．
（2）小宇和同学们采用如下方法测量B液体的密度，请你将实验数据补充完整；
①用天平测出烧杯和B液体的总质量为154.4g；
②将B液体倒入量筒中一部分，读出量筒内液体体积为10mL；
③测量烧杯和剩余B液体的总质量时，天平平衡后，砝码和游码在标尺上所对的刻度值如图丙所示，量筒中液体的质量为15g，则B液体的密度为1.5g/cm³．
④将B液体倒入量筒中时，不小心使得量筒内壁上溅有少许液体，则测出的密度值将偏大（选填“大”或“小”）．

Answer 1

分析 （1）①根据二力平衡，h=0时，弹簧测力计的示数即为物体的重力；
②根据称重法，得出浮力的变化关系，因V_排=Sh，A的下表面浸入水中深度的增加即为V_排增加，由此得出结论；
由F_浮=G-F_示求出浸没时的浮力大小，根据A浸没时浮力大小保持不变得出与深度的关系；
③根据阿基米德原理，求出物体浸没在水中时排开水的体积，即物体的体积，故物体的密度可求；
（2）③用烧杯和B液体的总质量为154.4g减去测量烧杯和剩余B液体的总质量即为量筒中液体的质量；根据ρ=$\frac{m}{V}$求液体的密度；
④量筒内壁上溅有少许液体导致测量的液体的体积偏小，根据ρ=$\frac{m}{V}$求出液体的密度偏大；

解答 解：（1）①由图乙知，h=0时，弹簧测力计的示数F=1.2N，根据二力平衡，物体的重力G=1.2N；
②弹簧测力计的示数随A的下表面浸入水中深度h的增加而减小，因V_排=Sh，由F_浮=G-F_示可得出：物体A浸没在水中之前受到浮力与物体排开液体的体积有关；
由图乙知，水平线表示物体浸没在水中时弹簧测力计的示数，
故物体浸没时受到的浮力大小F_浮全=1.2N-0.2N=1.0N，此时浮力大小为1.0N保持不变，说明浸没在水中的物体所受的浮力与它浸没在水中的深度无关；
③根据阿基米德原理，V_排=$\frac{{F}_{浮全}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.0N}{{10}^{3}kg{/m}^{3}×10N/kg}$=10^-4m³，因物体浸没在水中，故V_物=V_排=10^-4m³，物体A的密度ρ_物=$\frac{G}{{gV}_{物}}$=$\frac{1.2N}{10N/kg{{×10}^{-4}m}^{3}}$=1.2×10³kg/m³；
（2）③根据砝码和游码在标尺上所对的刻度值，量筒和剩余液体的质量为m₂=100g+20g+10g+5g+4.4g=139.4g，量筒中液体的质量为m=m₁-m₂=154.4g-139.4g=15g，所以，B液体的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{15g}{10c{m}^{3}}$=1.5g/cm³；
④将B液体倒入量筒中时，不小心使得量筒内壁上溅有少许液体，测量余下液体质量时不包含这部分少许液体，所以，剩余液体质量测算准确，而量筒内壁上溅有的少许液体没有计入测量的体积，导致液体的体积V测量偏小，根据液体的密度ρ=$\frac{m}{V}$，求出液体的密度偏大．
故答案为：（1）①1.2；
②排开液体的体积；1；无关；
③1.2×10³kg/m³；
（2）③15g；1.5；
④大．

点评 本题涉及天平的使用、二力平衡、影响浮力大小的因素，密度测量等知识，考查控制变量法及对实验结果的评估能力．