Question

17．夏天到了同学们都喜欢游泳，海燕同学在游泳时发现，人在水中越往深处走就觉得所受的浮力越大．由此她猜想：“浮力的大小可能与物体浸入水中的深度有关或者与物体排开水的体积有关”，于是她回学校后，找来一个金属圆柱体、弹簧测力计、烧杯和水等器材进行了如图所示的探究．
海燕同学根据实验数据，绘制了弹簧测力计对金属圆柱体的拉力和金属圆柱体所受浮力随浸入液体深度变化的曲线，如图所示．

（1）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”）；物体排开水的体积越大，物体所受的浮力就变大（选填“越大”或“越小”），金属圆柱体浸没水中后所受浮力大小与金属圆柱体所处的深度无（选填“有”或“无”）关．
（2）海燕同学通过以上实验还测出了该金属圆柱体的密度：该金属圆柱体在空气中所受的重力为2.7N，当金属圆柱体完全浸没水中后所受的浮力是1N，该金属圆柱体的密度为2.7×10³kg/m³
（3）为了研究浮力大小与液体密度的关系，在上述实验的基础上，海燕同学又增加了一个实验步骤：换用一杯密度不同的液体，将金属浸没在液体中，观察弹簧测力计的示数，与丙（选填“乙”或“丙”）图比较可以得出结论．
（4）在研究浮力大小与液体密度的关系时海燕同学主要运用的科学探究方法是：控制变量法．

Answer 1

分析 （1）金属块受到的浮力大小在浸没前随排开液体的体积增大而增大，浸没后浮力大小不变；根据测力计示数比较浮力大小；分析图a得出结论；
（2）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，再根据G=mg=ρgV求出物体的密度；
（3）研究浮力大小与液体密度关系时，要保持物体排开液体的体积不变，比较弹簧测力计的示数大小．
（4）本题采用了控制变量法．

解答 解：（1）由上面的分析，在浸没前金属块受到的浮力大小随排开液体的体积增大而增大，浸没后排开液体的体积不变，根据阿基米德原理可知，浮力大小不变，据此判断出描述金属圆柱体所受浮力的变化情况的图象是a；
物体排开水的体积越大，测力计示数越小，则物体所受的浮力就越大；
根据图a可知，金属块浸没在水中后所受浮力大小与金属块所处的深度无关；
（2）由图象a可知，圆柱体完全浸没后，圆柱体受的浮力为F_浮=1.0N，
物体的重力G=2.7N；
由F_浮=ρ_水gV_排得：
物体的体积V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.0N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1×10^-4m³，
由G=mg=ρgV得物体的密度：ρ_物=$\frac{G}{gV}$=$\frac{2.7N}{1×1{0}^{-4}{m}^{3}×10N/kg}$=2.7×10³kg/m³；
（3）研究浮力大小与液体密度关系时，要保持物体排开液体的体积不变，根据称重法比较弹簧测力计的示数大小即可，故增加的实验步骤是：换用一杯密度不同的液体，将金属浸没在液体中，观察弹簧测力计的示数，与丙图比较得出结论；
（4）在研究浮力大小与液体密度的关系时海燕同学主要运用的科学探究方法是控制变量法．
故答案为：（1）a；变大；无；（2）2.7；1；2.7×10³；（3）丙；（4）控制变量法．

点评 物体受到的浮力大小只与物体排开液体的体积和密度有关，而与物体浸在液体中的深度无关．