Question

18．为了验证“阿基米德原理”，某同学利用以下器材进行实验：弹簧测力计，不同规格合金块若干，溢水杯（足量的水），小桶，细线．

（1）上面四幅图所示的是该同学进行某次实验的四个步骤，给出你觉得合理的实验顺序④①②③；根据图中标注的数据，可以求得本次实验所用的合金块密度是4.0×10³kg/m³；
（2）换用不同的合金块进行多次实验，下面是该同学实验时设计的表格及填写的实验数据：

实验 次数	物重 G/N	物体浸没水中 测力计示数F/N	桶与排出水 总重G1/N	空桶重 G0/N	浮力 F浮/N	排开水重 G排/N
1	4.0	3.0	1.5	0.5	1.0	1.0
2	3.0	2.25	1.15	0.5	0.75	0.65
3	2.0	1.5	1.0	0.5	0.5	0.5
4

该同学在进行数据分析时，发现第2次实验数据与其他两次反映的规律不相符，为了顺利得到结论，他将第2次实验中G₁的数据“1.15N”改为“1.25N”，G_排的数据改为0.75N．请你指出他的做法错误之处：篡改数据，没有实事求是的科学态度（其它答案合理也可）；经核实，确实是G₁的数据“1.15N”错误，也排除了测量错误的可能性，那么造成这一错误的原因可能是溢水杯中水没有装满．
（3）上述问题解决后，该同学得出结论：浸在液体中的物体所受的浮力，大小等于排开液体所受的重力，从而验证“阿基米德原理”，这个结论也表明物体所受的浮力只和物体排开液体的体积、排开液体的密度两个因素有关．

Answer 1

分析 （1）要先测合金块的重力和空桶的重力，然后再把金属块浸没水中，读出测力计的示数，根据称重法求出浮力；最后再测出桶和溢出水的重力减去空桶的重力得出排开水的重力；
（2）实验中要本着实事求是的态度，不能篡改和伪造数据；分析比较浮力大小和排开水的重力大小，由题意确定错误之处；
（3）分析表中数据得出数据；根据F_浮=ρ_水gV_排，分析回答．

解答 解：（1）验证阿基米德原理的实验过程是：
④用弹簧测力计测出小桶的重力；
①用弹簧测力计测出合金块的重力；
②在溢水杯中盛满水，将合金块慢慢浸入水中，记下拉力；同时使溢出的水流入小桶；
③用弹簧测力计测出小桶和溢出的水的总重力，求出排出的水重力．
所以实验顺序为：④①②③；
根据称重法，合金块沉没时受到的浮力F_浮=G-F_示=4.0N-3.0N=1.0N，
根据阿基米德原理：
F_浮=ρ_水gV_排，
V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.0N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.0×10^-4m³，即合金块的体积V，
合金块的密度：
ρ=$\frac{m}{V}=\frac{G}{gV}$=$\frac{4.0N}{10N/kg×1.0×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=4.0×10³ kg/m³，
（2）这位同学在进行数据分析时，发现第2次实验数据与其他两次反映的规律不相符，为了顺利得到结论，他将第2次实验中G₁的数据“1.15N”改为“1.25N”，G_排的数据改为0.75N．故他的做法错误之处：篡改数据，没有实事求是的科学态度（其它答案合理也可）；
在第2次实验中，根据称重法，合金块受到的浮力F′_浮=G′-F_′示=3.0N-2.25N=0.75N，大于排开的水重0.65N，
经核实，确实是G₁的数据“1.15N”错误，排除了测量错误的可能性，那么造成这一错误的原因可能是：溢水杯中水没有装满；
（3）上述问题解决后，由表中数据，该同学得出结论：浸在液体中的物体所受的浮力，大小等于排开液体所受的重力，从而验证“阿基米德原理”；
这个结论也表明物体所受的浮力只和物体排开液体的体积、排开液体的密度两个因素有关．
故答案为：（1）④①②③；4.0×10³；（2）篡改数据，没有实事求是的科学态度；溢水杯中水没有装满；（3）排开液体所受的重力；排开液体的密度．

点评 本题验证“阿基米德原理”，考查操作过程、注意事项、称重法测浮力、密度计算、误差分析及数据处理等知识．