Question

20．小明很善于思考，小明想：浮力是液体对物体向上的托力，而物体间力的作用是相互的，所以物体对液体一定有向下的压力，那么浮力的大小和物体对液体压力的大小有什么关系呢？
（1）如图所示，小明和小红利用烧杯、水、天平、合金圆柱体、细线和弹簧测力计，进行了如下探究：
①在烧杯中盛适量水，用天平测出烧杯和水的总质量m₁；
②用弹簧测力计测出圆柱体的重力G；
③如图所示，将圆柱体部分浸入烧杯的水中，静止在某一深度，记下弹簧测力计的示数F，则圆柱体所受水的浮力为G-F（用弹簧测力计所测得的量来表示）；此时向天平的右盘加上适量的砝码，使天平重新平衡，记下天平的读数m₂，则圆柱体对水的压力为（m₂-m₁）g（用天平所测得的量来表示）．
（2）下表为小明和小红记录的实验数据：（表中h₂＞h₁）

圆柱的位置	圆柱体的重力 G/N	弹簧测力计的示数F/N	烧杯和水的总质量m1/g	天平的读数m2/g
圆柱体部分浸入	2.6	2.4	180	200
圆柱体浸没深度h1	2.6	2.2	180	220
圆柱体浸没深度h2	2.6	2.2	180	220

①通过分析表格中的数据，可以知道：圆柱体浸没在水中所受的浮力为0.4N，圆柱体对水的压力为0.4N．
②通过分析表格中的数据，可以得出：浮力的大小等于（选填“大于”、“小于”或“等于”）物体对液体压力的大小；此外他们还发现：物体浸没前浮力与浸入的深度有关．除此以外，你还能发现什么规律浸没在液体中的物体所受浮力的大小与所处的深度无关．
③由表格中的数据可知，该圆柱体的密度为6.5×10³　kg/m³．

Answer 1

分析 （1）弹簧测力计示数变小的原因是受到水向上的浮力；圆柱体对水向下压力与右盘中所加砝码重力使天平再次平衡．
（2）①用弹簧测力计示数之差算浮力，用两次平衡砝码增值的重力算压力进行比较；根据表格看浮力、浸入水中深度变化．
②根据ρ=$\frac{m}{V}$，由空中重力和浸没浮力分别算出m和V，求出密度．

解答 解：
（1）弹簧测力计在空中和水中的读数之差等于浮力，即浮力：F_浮=G-F；
物体对液体的压力等于增加砝码的重力，所以F_压=（m₂-m₁）g．
（2）①圆柱体浸没在水中，应取第二、三两组数据：
浮力F_浮=2.6N-2.2N=0.4N；
物体对液体的压力：F_压=（m₂-m₁）g=（0.22kg-0.18kg）×10N/kg=0.4N；
所以F_浮=F_压
②由一、二组数据可得：一组浮力0.2N，二组浮力0.4N，但二组圆柱体深度大于一组，说明物体浸没前浮力与浸入的深度有关；
由二、三组数据可得：二组浮力0.4N，三组浮力0.4N，但三组圆柱体深度大于二组，说明物体浸没后浮力与浸入的深度无关．
③二、三组数据看出物体已浸没水中，F_浮=ρ_水gV_排，
所以圆柱体体积V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$，圆柱体的质量m=$\frac{G}{g}$；
因此圆柱体的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{G}{g}}{\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}}$=$\frac{G{ρ}_{水}}{{F}_{浮}}$=$\frac{2.6N×1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}{0.4N}$=6.5×10³kg/m³．
故答案为：（1）G-F；（m₂-m₁）g；（2）①0.4；0.4；②等于；浸没在液体中的物体所受浮力的大小与所处的深度无关；③6.5×10³．

点评 初中物理对浮力的测量要求较高，本题除考查了基本测浮力的方法外，还涉及用天平的平衡测物体对液体的压力、物体密度的计算，难度较大，容易出错．学习中要掌握基本知识，加强综合处理物理问题的能力训练．