Question

8．如图甲所示，某中学物理兴趣小组的同学为了探究物体在水中不同深度所受浮力的变化情况，将一挂在弹簧测力计下的圆柱体金属块缓慢浸入水中（水足够深），在金属块接触容器底之前，分别记下金属块下表面所处不同深度h和弹簧测力计相应的示数F．（ρ_水=1.0×10³ kg/m³）实验数据如下：

次数	1	2	3	4	5	6	7	8
h/cm	0	2	3	6	8	10	12	14
F/N	6.75	6.25	5.75	5.25	4.75	4.25	4.25	4.25

（1）分析表中数据，金属块重6.75N，第4次实验时，物体所受到的浮力为1.5N．
（2）分析表中1-5次实验数据，说明：液体密度一定时，物体浸入液体中的体积越大，受到的浮力越大．
（3）图乙中能正确反映弹簧测力计示数F与金属块下表面到水面距离h关系的图象是B．
（4）金属块的密度为2.7×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）注意弹簧测力计的使用，运用“称重法”可测量物体受到的浮力；
（2）探究影响浮力大小的因素时要注意运用控制量法；
（3）根据公式F_浮=ρ_液gV_排，浮力大小与物体排开液体的体积和密度有关，讨论浮力大小与排开液体的体积的关系时，应保持排开液体的密度不变，改变排开液体体积的大小；
（4）根据物体完全浸没在水中时的浮力计算出体积；根据A测出物体的重力，可计算出其质量，则可计算出物体的密度；

解答 解：（1）分析表中数据，有次数1可知G=6.75N；
第4次实验时，物体所受到的浮力根据F_浮=G-F_示=6.75N-5.25N=1.5N；
（2）分析步骤1～5的数据，排开液体的密度不变，其中步骤2、3、4、5中排开液体的体积逐渐增大，根据F_浮=G-F_示，浮力大小也逐渐增大，说明液体密度一定时，物体浸入液体中的体积越大，受到的浮力越大；
（3）由F_浮=G-F_示，根据弹簧测力计的读数逐渐变小得出所受的浮力的变化，根据二力平衡，物体的重G等于h=0时弹簧测力计的示数；图乙中水平线表明物体全部浸没在液体中的过程，故应选B图；
（4）当h=0时，弹簧测力计的示数F_示1=6.75N，即物体的重力G=6.75N，m=$\frac{G}{g}$=$\frac{6.75N}{10N/kg}$=0.675kg，
图中水平线表示弹簧测力计的示数F_示6=4.25N，物体浸没时受到的浮力大小F_浮全=G-F_示6=6.75N-4.25N=2.5N，
V_排=V_物=$\frac{{F}_{浮}}{g{ρ}_{水}}$=$\frac{2.5N}{10N/kg×1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}$=2.5×10^-4m³，
ρ_金=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.675N}{2.5×10-4m3}$=2.7×10³kg/m³．
故答案为：（1）6.75、1.5；（2）液体密度一定时，物体浸入液体中的体积越大，受到的浮力越大；（3）B；（4）2.7×10³．

点评 此题探究浮力的大小与哪些因素有关，综合考查二力平衡、阿基米德原理，测金属块的密度等知识，综合性较强．根据图乙及表格明确对应的物理过程是解题的关键，试题有难度．