Question

6．小明用如图1的装置探究浮力大小，步骤B至E用水进行实验，步骤F用盐水．

（1）他在认识浮力时，用细绳绑住圆柱体后悬挂于测力计挂钩上，手向上托物体时，测力计示数减小，将物体浸入水中时测力计示数也减小，说明水对物体产生了一个类似于手向上托物体的力，这种物理研究方法叫类比法．
（2）分析步骤B、C、D，说明浮力的大小与排开液体体积有关．分析步骤D、F，说明浮力大小与液体的密度有关．
（3）由步骤B和D可测出圆柱体浸没在水中时受到的浮力F_浮，由步骤A和E可测出圆柱体排开水的重力G_排，比较F_浮与G_排得出两者的关系．
（4）图2是将另一底面积为25cm²的圆柱体物块竖直缓慢浸入某液体中，得到测力计示数F随圆柱体底面在液体中的深度h的变化关系图．分析图象可知，液体密度为1.2×10³kg/m³．
（g=10N/kg）

Answer 1

分析 （1）常用的物理学研究方法有：控制变量法、等效替代法、模型法、比较法、类比法、转换法等，是科学探究中的重要思想方法．
（2）影响浮力大小的因素是液体的密度和物体排开液体的体积，要探究浮力和其中一个因素的关系，就要采用控制变量法控制另外一个因素一定；比较B、C、D；D、F实验，找出相同因素和不同因素，结合控制变量法的思想复习判断．
（3）根据F_浮=G-F计算出受到的浮力；根据G_排=G_桶和水-G_桶求出G_排，比较F_浮与G_排的大小；
（4）根据圆柱体底面在液体中的深度判断得出物体的重力和浸没时测力计的示数，根据F_浮=G-F计算出受到的浮力；根据ρ_液=$\frac{{F}_{浮}}{{V}_{排}g}$计算出液体的密度．

解答 解：（1）水对物体产生了一个类似于手向上托物体的力，这种物理研究方法是类比法；
（2）分析步骤B、C、D，液体的密度相同，物体在液体中浸没的深度改变的同时，其排开液体体积是变化的，可得出浮力的大小随着排开水的体积的增大而增大；
分析步骤D、F，排开液体的体积相同，液体的密度不同，可得出浮力的大小与排开液体密度有关；
（3）由图B知：G=3N，由图D知：圆柱体浸没在水中时测力计示数F=1.8N，所以F_浮=G-F=3N-1.8N=1.2N；
由图A知：G_桶=1N，由图E知：G_桶和水=2.2N，则G_排=G_桶和水-G_桶=2.2N-1N=1.2N；
所以F_浮=G_排；
（4）由图象可知：圆柱体底面在液体中的深度h=0时，测力计示数为重力的大小，所以物体重力G=3N；
当圆柱体底面在液体中的深度大于4cm，测力计示数不变为1.8N，即物体已经浸没在液体中，所以，
物体排开液体的体积为V_排=25cm²×4cm=100cm²=0.01m³，浮力F_浮=G-F=3N-1.8N=1.2N；
由F_浮=ρ_液gV_排得：
ρ_液=$\frac{{F}_{浮}}{{V}_{排}g}$=$\frac{1.2N}{0.01{m}^{3}×10N/kg}$=1.2×10³kg/m³．
故答案为：（1）类比法；（2）排开液体体积；密度；（3）D；A；F_浮=G_排；（4）1.2×10³．

点评 此题是探究影响浮力大小的因素实验，考查了影响浮力的因素及类比法、控制变量法的应用，同时考查了有关浮力公式的应用，在计算液体密度时确定V_排相等是解决此题的关键．