Question

3．小明猜想“物体所受的浮力与物体所处的深度有关”．他在弹簧测力计下挂一金属柱，把它逐渐放入水中（如图甲）．

（1）小明根据测力计的示数，得出结论：金属柱在水中的深度越深，所受的浮力越小；小军用同一金属柱做了另一组实验（如图乙），得出另一个的结论：浸没的金属柱所受的浮力都是6.6N，与深度无关；请你从两位同学的结论中任选一个，判断其是否正确，并说出理由．
答：小明的结论的错误的；理由是金属柱在完全浸没在水中以前，从图中数据可以看出，在水中越深，弹簧测力计的示数越来越小，而浮力F_浮=G-F_拉就会越来越大．
（2）如果把这个金属柱直接放在水中如图D所示，根据小明和小军的实验可以推断，此时金属柱所受的浮力大小为3N．
（3）根据上述实验的全部数据，进一步得到金属柱的质量是0.96kg；金属柱的体积为3×10^-4m³；金属柱的密度是3.2×10³kg/m³．（g=10N/Kg）

Answer 1

分析 小明的结论是错误的，金属柱在完全浸没在水中以前，从图中数据可以看出，在水中越深，弹簧测力计的示数越来越小，而浮力F_浮=G-F_拉就会越来越大；小军的结论也是错误的，对于完全浸没在水中的物体，浮力大小与深度无关，但是浮力不是6.6N，而应是F_浮=G-F_拉=9.6N-6.6N=3N．
根据公式m=$\frac{G}{g}$计算出物体的质量，再根据公式计算金属体的体积V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$，最后根据公式ρ=$\frac{m}{V}$计算出金属体的密度．

解答 解：（1）小明的结论是错误的，金属柱在完全浸没在水中以前，从图中数据可以看出，在水中越深，弹簧测力计的示数越来越小，而浮力F_浮=G-F_拉就会越来越大；
（2）金属体完全浸没在水中以后，F_浮=ρ_水gV_排可知，ρ_水和V_排不变，因此浮力不变，但是浮力大小不是6.6N，而是F_浮=G-F_拉=9.6N-6.6N=3N．
（3）金属体的质量：m=$\frac{G}{g}$=$\frac{9.6N}{10N/kg}$=0.96kg
金属体的体积：V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{3N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=3×10^-4m³；金属体的密度为：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.96kg}{3×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=3.2×10³kg/m³
故答案为：（1）小明的结论是错误的；金属柱在完全浸没在水中以前，从图中数据可以看出，在水中越深，弹簧测力计的示数越来越小，而浮力F_浮=G-F_拉就会越来越大；
（2）3；（3）0.96；3×10^-4；3.2×10³．

点评 此题主要考查浮力的计算公式F_浮=ρ_水gV_排、F_浮=G-F_拉的理解和应用，以及质量和密度的计算公式的正确理解和灵活运用，只要学生能够正确的理解了公式，掌握公式中每一个物理量的对应物理意义，就能够熟练的把公式应用到生活中去，充分体现物理来源于生活，又服务于社会的教学理念．