Question

3．如图，为了探究浮力的大小，某同学将一个挂在弹簧测力计下的金属圆柱体缓慢浸入水中，分别记下圆柱体下表面所处的深度h、弹簧测力计相应的求数F，并将实验数据记录在下表中

次数	1	2	3	4	5	6
h（cm）	0	4	8	10	12	16
F（N）	6.75	5.75	4.75	4.25	4.25	1.00

（1）分析表中实验数据，第2次实验时，物体下底面受到的压力是1N．
（2）分析表中1-3列数据，说明物体浸没前，物体受到的浮力随排开液体的体积增大而增大；分析表中第4、5列数据，说明物体浮力大小与深度无关．
（3）第6次实验中，金属块所受浮力大小为2.5N，容器底对金属块的支持力大小为4.25N．
（4）通过表中数据的分析，我们可以计算出物体的密度为2.7×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）物体逐渐放入水中，最后物体接触到容器底部，由表格数据，浮力先增大后不变．
根据第1次实验可得出物体的重力，结合第2次实验，运用称重法可得出物体所受的浮力，由压力差法得出下表面压力；
（2）由表格弹簧测力计示数的变化情况可知第4次实验时物体浸没，由此分析得出结论；
（3）由物体浸没时计算浮力，根据平衡力计算支持力的大小；
（4）根据物体浸没时的浮力计算排开水的体积，即物体的体积，由密度公式计算物体的密度大小．

解答 解：
由题，物体逐渐浸入水中，最后物体接触到容器底部．由表格数据，浮力先增大后不变．第1-4次实验，弹簧测力计示数逐渐减小，第4、5次实验数据弹簧测力计示数不变．
（1）由第1次实验数据物体浸入深度为0，此时物体的重力G=F₁=6.75N，
第1-4次实验，弹簧测力计示数逐渐减小，说明物体受到的浮力不断增大，故第4次实验时物体才浸没在水中，
所以第2次实验进，F_浮=F₁-F₂=F_下-F_上，（F_上=0）
所以：F_下=F₁-F₂=6.75N-5.75N=1N；
（2）由（1）可知第1-3次数据，说明物体浸没前，弹簧测力计示数不断减小，即浮力增大，可得物体受到的浮力随排开液体的体积增大而增大；
第4、5次实验数据物体浸入深度增大，弹簧测力计示数不变，浮力不变，即物体此时浸没在水中了，说明浸没在液体中的物体受到的浮力大小与深度无关；
（3）第6次物体浸没在水中并与容器底接触，所以此时的浮力F_浮′=F₁-F₄=6.75N-4.25N=2.5N；
此时物体受到的浮力、重力和容器底的支持力平衡，
所以F_支=G-F_浮′=6.75N-2.5N=4.25N．
（4）物体浸没时，F_浮′=ρ_水gV_排，
物体的体积V=V_排=$\frac{{F}_{浮}′}{{ρ}_{水}g}$，
物体密度：ρ=$\frac{G}{Vg}$=$\frac{G}{\frac{{F}_{浮}′}{{ρ}_{水}g}×g}$=$\frac{G}{{F}_{浮}′}$×ρ_水=$\frac{6.75N}{2.5N}$×ρ_水=2.7×10³kg/m³．
故答案为：（1）1；（2）1-3；浮力大小与深度无关；（3）2.5；4.25；（4）2.7×10³kg/m³．

点评 本题考查了探究浮力大小的实验，要根据表格数据分析出物体逐渐浸入水中过程浮力变化情况．重点要注意的是浮力的大小与浸没的深度无关，在分析数据时，要注意当物体沉底时，所受的力属多个力的平衡，要会进行受力分析．