Question

4．如图所示，是“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系的实验”．利用弹簧测力计、石块、水、溢水杯和小桶等器材进行了如图所示的四次测量．
（1）根据四次测量中弹簧测力计的示数，可以知道浮力大小F_浮等于排开水的重力G_排．
（2）利用四次测量结果还可以知道石块的密度ρ_石=2.1g/cm³．
（3）如果想知道盐水的密度，接下来的操作是：将溢水杯中装满盐水，将石块浸没在盐水中，再读出此时弹簧测力计的示数．
（4）在另外一个小组的实验中，也进行了如图的四次操作，但却得出了F_浮大于G_排的结论，关于原因分析不合理的是A．
A．在丙步骤的操作中，石块没有完全浸没在水中
B．放入石块前，溢水杯中未装满水
C．在丙步骤的操作中，石块碰到了容器底且对底部产生了压力
D．是按照乙、丙、甲、丁的顺序完成的实验．

Answer 1

分析 （1）根据阿基米德原理，浸在液体中的物体所受的浮力等于它排开液体的重力；
（2）根据甲丙计算出石块所受的浮力，由公式V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{g{V}_{排}}$计算出物体的体积，由m=$\frac{G}{g}$得出质量的大小，从而根据ρ=$\frac{m}{V}$计算出石块的密度；
（3）若能够测出石块浸没在盐水中的浮力，可根据ρ盐=$\frac{{F}_{浮}}{g{V}_{排}}$计算出盐水的密度；
（4）根据各个选项分析各种原因造成的结果，得出结论．

解答 解：（1）由甲知，G=3N，由丙知，F=1.6N，所以F_浮=G-F=3N-1.6N=1.4N；
由乙知，空桶的重力G_桶=0.4N，由丁知，G_总=1.8N，所以G_排=G_总-G_桶=1.8N-0.4N=1.4N；
分析知，F_浮=G_排；
（2）石块的质量：m=$\frac{G}{g}$=$\frac{3N}{10N/kg}$=0.3kg；
由F浮=ρ液gV排可知，石块的体积：V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.4N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.4×10^-4m³；
则石块的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.3kg}{1.4×1{0}^{-4}{m}^{3}}$≈2.1×10³kg/m³=2.1g/cm³；
（3）要测出盐水的密度，需测量出石块完全浸没在盐水中所受的浮力，所以下一步应将石块浸没在盐水中，再读出此时弹簧测力计的示数；
（4）A．在丙步骤的操作中，石块没有完全浸没在水中，此时浮力与排出的水仍对应，不会影响结果；
B．放入石块前，溢水杯中未装满水，这样会使排出的水偏少，造成G_排小于F_浮；
C．在丙步骤的操作中，石块碰到了容器底且对底部产生了压力，造成浮力测量偏大，造成F_浮大于G_排；
D．是按照乙、丙、甲、丁的顺序完成的实验，这样会造成物体的重力测量偏大，根据F_浮=G-F，则浮力测量偏大，造成浮力大于G排．
综上所述，A对原因分析不合理．
故答案为：（1）等于；（2）2.1；（3）将石块浸没在盐水中；（4）A．

点评 本题是探究阿基米德原理的实验，对问题的设计非常全面，应用到了称重法浮力的计算、阿基米德原理公式的应用，并考查了对实验误差的分析，是一道不错的题目．