Question

12．小明利用如图1所示实验探究“浮力大小和哪些因素有关”．他把金属块挂在弹簧测力计上，将它分别浸入水和酒精中的不同位置：
（1）上述四种情况，甲图中金属块所受到的浮力最小；
（2）做丙、丁两次实验，是为了探究浮力大小与液体密度有关；当排开液体的体积相同时，液体密度越大，浮力越大；
（3）做乙、丙两次实验，是为了探究金属块浸没在同种液体中时，受到的浮力与深度无关；
（4）如图2中能正确反映弹簧测力计示数F和金属块下表面在水中的深度h关系的图象是D．（金属块未接触容器底）

Answer 1

分析 （1）金属块在液体中受到重力、浮力和弹簧测力计拉力的作用，在数值上重力=浮力+拉力；
（2）丙、丁两图，金属块浸没在液体中，排开液体的体积相同，液体密度不同；
（3）探究浮力与浸没的深度的关系，要控制液体密度、排开液体体积相同，而金属块浸没在水中的深度不同；
（4）对金属块进行受力分析，然后由平衡条件分析答题．

解答 解：（1）金属块受竖直向下的重力G，竖直向上的弹簧秤的拉力F，竖直向上的浮力F_浮作用，金属块处于平衡状态，由平衡条件得：G=F+F_浮，F=G-F_浮，由此可知，弹簧测力计的示数F越大，金属块受到的浮力越小，由图1可知，甲图中弹簧测力计示数最大，金属块受到的浮力最小；
（2）由图1可知，丙、丁两次实验，金属块排开液体的体积和浸没的深度都相同，只有液体的密度不同，因此是探究浮力与液体密度的关系；
（3）探究浮力与深度的关系时，根据控制变量法的思想，应控制液体密度和排开液体的体积相同，只改变浸没的深度，符合条件的只有乙、丙，数据显示浮力与浸没的深度无关．
（4）金属块处于平衡状态，弹簧秤示数F=G-F_浮，
金属块底部接触水面后，随着浸入水中深度h的增加，金属块排开水的体积变大，金属块受到的浮力F_浮变大，所以弹簧测力计的示数变小；
当金属块完全浸没入水中时，金属块受到的浮力不变，弹簧测力计的示数不再变化；
图象D符合弹簧测力计示数F与金属块底部浸入水中深度h关系．
故答案为：（1）甲；（2）液体密度；排开液体的体积；（3）乙、丙；（4）D．

点评 此题是浮力和深度关系的探究实验，实验中应用了控制变量法，实验表明，浸在液体中的物体受到浮力的作用，浮力的大小与液体的密度和排开液体的体积有关，与物体在液体中浸没的深度无关．