Question

5．同学们在认识和研究浮力时，进行了如下的探究：
（1）如图1所示，小明在玻璃圆筒的两端蒙上绷紧程度相同的橡皮膜，将其浸没在水中，出现如图所示的实验现象，说明浮力产生的原因是：上下两个表面受到的压力差．
（2）小王利用弹簧测力计和带有标记线的长方体物块等器材，进行了如图2所示的实验．
①由图甲、乙、丙、丁可知当物体逐渐浸入水中时，所受浮力变大（填“变大”、“变小”或“不变”），实验说明：浸在同一种液体中的物体受到浮力大小与物体排开液体的体积有关．
②由图丁和戊可以得出结论：浮力的大小与液体的密度有关．
③物块在酒精中完全浸没时受到浮力1.4N，物块的体积2×10^-4m³．
④本实验能否说明物体浸在同种液体中，所受浮力大小与浸入液体的深度无关？否．（填“能”或“否”）

Answer 1

分析 （1）物体浸在液体（或气体）中，物体将受到的液体（或气体）对它产生的压力，求出合力，即受到的浮力，从而得出浮力产生的原因是液体（或气体）对物体上下表面的压力差；浮力的方向是竖直向上的．
（2）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为了探究浮力大小与液体的密度有无关系，应控制物体排开液体的体积相同而液体的密度不同，分析图示实验，然后答题；
③根据F_浮=G-F_拉求得浮力，再利用F_浮=ρ_液gV_排可求得物块排开水的体积，因为全部浸没，V_排=V．
④探究浮力与物体浸入液体深度的关系，应控制液体密度与物体排开液体的体积相同而物体浸没在液体中的深度不同．

解答 解：（1）当玻璃圆筒沿水平方向放置时，由于同一深度，液体压强相等，且受力面积相等，所以水对玻璃圆筒两端的橡皮膜的压力F_向左和压力F_向右的大小相等，当玻璃圆筒沿竖直方向放置时，水对玻璃圆筒两端的橡皮膜的压力F_向上大于F_向下，竖直方向的合力不为0，方向竖直向上；
结合图1可知，液体会对正方体产生一个向上的和向下的压力不相等，压力差F_差=F_向上-F_向下，．实际上，这个压力差就是液体对正方体的浮力．
（2）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；由此说明浸在同一种液体中的物体受到浮力大小与物体排开液体的体积有关．
②分析图丁和戊可知，物体全部浸没在液体中，排开液体体积相同，液体密度不同，浮力不同，液体密度越大，浮力越大，
因此可得出结论：浮力的大小与液体的密度有关．
③物块在酒精中完全浸没时受到浮力F_浮酒精=G-F₄=5.6N-4.2N=1.4N，
由F_浮=ρ_液gV_排可得，
物块在水中完全浸没时受到浮力F_浮水=G-F₃=5.6N-3.6N=2N，
V_排=$\frac{{F}_{浮水}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{2N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=2×10^-4m³；
因为全部浸没，物块的体积V=V_排=2×10^-4m³；
④探究浮力与物体浸入液体深度的关系，应控制液体密度与物体排开液体的体积相同而物体浸没在液体中的深度不同，而本实验没有体现物体排开液体的体积相同而物体浸没在液体中的深度不同这一步骤，所以本实验不能说明物体浸在同种液体中，所受浮力大小与浸入液体的深度无关．
故答案为：（1）上下两个表面受到的压力差；（2）①变大；物体排开液体的体积；②浮力的大小与液体的密度有关；③1.4；2×10^-4；④否．

点评 本题考查了探究浮力的大小跟哪些因素有关的实验以及控制变量法的使用，实验中要明确观察的重点应放在观察物体浸没的程度、弹簧测力计的示数变化，并寻找它们之间的变化关系，最终分析出正确的结论．