Question

15．小华用弹簧测力计、圆柱体、两个相同的圆柱形容器，分别装有一定量的水和盐水，对浸在液体中所受的浮力进行了探究，其装置和弹簧测力计示数如图1所示．

（1）分析图甲、乙、丙，说明浮力的大小与物体排开液体的体积有关；
（2）为了探究浮力大小与物体浸没在液体中的深度有无关系，可选用丙、丁图的装置来进行操作；
（3）圆柱体浸没在水中时受到的浮力是4N，圆柱体的体积是4×10^-4m³．（g取10N/kg）
（4）用图示实验数据测出盐水的密度是1.1×10³kg/m³．
（5）小华绘制了弹簧测力计对圆体的拉力和圆柱体所受浮力随浸入水深度变化的曲线，如图2所示．分析图象可知：描述的是金属圆柱体所受浮力的变化情况的图象是a（选填“a”或“b”）•

Answer 1

分析 （1）根据图中物体浸入到液体中的体积和弹簧测力计示数的变化，结合F_浮=G-F_拉分析浮力大小和排开液体体积之间的关系；
（2）本题探究影响浮力大小的因素，影响浮力大小的因素是液体的密度和物体排开液体的体积．因为影响因素不止一个，所以要采用控制变量法．探究浮力的大小是否与液体密度的关系要保证物体排开液体体积一定，要探究浮力的大小与物体排开液体体积的关系要保证液体的密度一定，要探究浮力的大小是否与物体浸没在液体中深度的关系时要保证液体密度和物体排开液体体积均一定；
（3）根据拉力变化的图象可知，物体没有浸入到水中前的拉力即为物体的重力G；根据浮力变化的图象可得物体完全浸没时的浮力，根据F_浮=ρ_水gV_排求出物体的体积；
（4）由图甲和图戍可求得在盐水中受到的浮力，然后利用浮力公式求出盐水的密度．
（5）根据浮力大小和排开液体体积之间的关系判断出哪一条图象是浮力变化的图象，哪一条是拉力变化的图象；

解答 解：（1）根据图中物体浸入到液体中的体积和弹簧测力计示数的变化，物体进入到液体中的体积越大，即排开液体的体积越大，弹簧测力计的拉力越小，根据F_浮=G-F_拉可知，物体重力不变，物体受的浮力会越大；
（2）比较丙、丁图可知，液体密度相同，排开液体的体积相同，浸没的深度不同，而物体受的浮力相同，说明物体浸没在同种液体中，所受浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关；
（3）由图甲可知，物体没有浸入到水中前的拉力即为物体的重力G=5N；
由图丙可知，圆柱体完全浸没后，圆柱体受的浮力为F_浮=G-F_拉水=5N-1N=4N，
由浮力公式F_浮=ρ_水gV_排可知，物体的体积V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{4N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=4×10^-4m³，
（4）由图甲和图戍可得，在盐水中受到的浮力F_浮盐水=G-F_拉盐水=5N-0.6N=4.4N，
圆柱体完全浸没后，圆柱体排开液体的体积等于圆柱体体积，即V_排盐水=V=4×10^-4m³，
由F_浮盐水=ρ_盐水gV_排盐水可得：
ρ_盐水=$\frac{{F}_{浮盐水}}{g{V}_{排盐水}}$=$\frac{4.4N}{10N/kg×4×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=1.1×10³kg/m³．
（5）因为在物体全部浸没前，物体进入到液体中的深度越深．排开液体的体积越大，浮力越大；物体全部浸没后，排开液体的体积不变，根据F_浮=ρgV_排可知，浮力不再变化；所以图象a符合金属圆柱体所受浮力和浸入深度的关系；
故答案为：（1）物体排开液体的体积；（2）丙、丁；（3）4；4×10^-4；（4）1.1×10³；（5）a．

点评 此题主要考查的是学生对浮力大小与物体排开液体的体积的关系的理解和掌握，读懂图象是解决此题的关键．