Question

1．某小组同学研究金属球在水中受到浮力的大小时，提出不同的猜想．猜想Ⅰ：金属球在水中所受的浮力F_浮跟金属球的密度有关；猜想Ⅱ：金属球在水中所受的浮力F_浮跟金属球浸入水中的深度有关．于是他们将半径均为5厘米但密度不同的金属球甲、乙分别挂在测力计下，将其逐步浸入水中进行实验．他们通过测出球心到水面的距离h来表示金属球浸入水中的深度、并读出相应的测力计示数F且计算得出F_浮，实验数据如表一、二所示．
表一  金属球甲   ρ_甲=3.0×10³千克/米³

实验序号	1	2	3	4	5	6
球心到水面的距离h（厘米）	5	2	0	2	5	8
测力计示数F（牛）	15.7	14.6	13.1	11.6	10.5	10.5
金属球所受的浮力F浮（牛）	0	1.1	2.6	4.1	5.2	5.2

表二  金属球乙   ρ_乙=6.0×10³千克/米³

实验序号	7	8	9	10	11	12
球心到水面的距离h（厘米）	5	2	0	2	5	6
测力计示数F（牛）	31.4	30.3	28.8	27..3	26.2	26.2
金属球所受的浮力F浮（牛）	0	1.1	2.6	4.1	5.2	5.2

①该小组所进行的序号为1、7实验的示意图是图中的a．（选填“a”或“b”）
②分析比较实验序号2～5或8～11的实验数据及相关条件，可初步得出的结论是：同一金属球浸入水中的深度增加时，所受水的浮力增大．
③分析比较实验序号2和8、3和9、4和10或5和11的实验数据及相关条件，可初步得出的结论是：浸入水中深度相等时，半径相同、密度不同的金属球所受浮力的大小相等，由此可知，金属球在水中所受的浮力F_浮跟金属球的密度无关．
④该小组同学分析实验序号6和12的实验数据及相关条件后发现实验数据与第②小题的结论矛盾，通过仔细分析他们发现实验序号2～5或8～11中金属球浸入水中深度增加的同时排开水的体积也在增加，而实验序号6和12中金属球在水中深度增加但排开水的体积不变，所以他们猜想浮力F_浮跟物体排开液体体积有关而与物体浸没的深度无关．
⑤为验证第④小题的猜想，他们最需要添加的实验器材是：与甲（或乙）半径不同的金属球．（选填“半径”、“密度”或“质量”）

Answer 1

分析 ①根据表格中1、7数据浮力的大小关系得出结论；
②分析比较实验序号2～5或8～11的实验数据中浮力的大小变化，得出浮力大小与物体浸在液体中深度的关系；
③分析比较实验序号2和8、3和9、4和10或5和11的实验数据中小球的密度发生了变化，浸在水中的体积相同，根据浮力的大小关系得出结论；
④根据以上结论中影响浮力大小的因素选择合适的选项．

解答 解：①由1、7数据知，两金属球受到的浮力均为零，说明此时物体还没有浸入到水中，应为（a）图所示的情况；
②2～5或8～11的实验数据，浸入水中的深度逐渐增加，随着深度的增加，排开水的体积逐渐增大，受到的浮力逐渐增大；
③分析比较实验序号2和8、3和9、4和10或5和11的实验数据及相关条件，球浸入水中的深度相同，球的密度不同，但受到的浮力相同，可知当浸入水中深度相等时，半径相同、密度不同的金属球所受浮力的大小相等；
④2～5或8～11的实验数据，浸入水中的深度逐渐增加，随着深度的增加，排开水的体积逐渐增大，受到的浮力逐渐增大；实验序号6和12中金属球在水中深度增加，但排开水的体积不变，所以其浮力不变；
⑤根据②③可知，浮力大小与排开液体的体积有关，与物体的密度、质量无关，所以要探究金属球在水中所受到的浮力跟哪些因素有关，应换用不同体积的金属球进行实验，即半径不同的金属球．
故答案为：①a；
②增大；
③浸入水中深度相等时，半径相同、密度不同的金属球所受浮力的大小相等；
④排开水的体积；排开水的体积不变；
⑤半径．

点评 根据F_浮=ρ_液gV_排，浮力大小与液体的密度和排开液体的体积有关，此题不像以往的实验，直接探究浮力的影响因素，而是通过实验数据的分析，逐步向影响因素递进，在分析过程中，要注意控制变量法的应用，通过比较相同点和不同点及相应的现象得出结论．