Question

20．如图所示是探究“浮力的大小等于什么”的实验图，通过对下图的分析，回答下列问题：（弹簧测力计每一小格表示0.5N，例如图乙中弹簧测力计的示数为2.0N）
（1）由乙、丙两图可测得合金块所受的浮力F_浮=0.5N，再由甲、丁两图可得合金块排开的水受到的重力G_排，比较可得到的结论是浸在液体中的物体受到的浮力等于它排开的液体受到的重力．
（2）若溢水杯里的水没装满，导致本实验测得的F_浮＞G_排（选填“＞”、“＜”或“=”）
（3）分析以上信息，我们还可以知道这个合金块的密度是4×10³kg/m³．
（4）小明同学利用上面实验中的器材和小木块，进一步探究了漂浮在水面上的物体所受浮力的大小是否遵循阿基米德原理．但实验过程中有一个步骤与上面明显不同，这个步骤是图丙（选填代号即可）．

Answer 1

分析 （1）合金块所受的浮力等于物体的重力减去浸入液体时弹簧测力计的示数；物体排开液体的重力等于桶和排开水所受的重力减去空桶的重力，然后比较浮力和排开水所受的浮力得出结论；
（2）溢水杯的水没装满，会导致有一部分水没有排出溢水杯；
（3）物体溢出水的体积和合金块的体积相等，根据G=mg和ρ=$\frac{m}{V}$求出合金块的体积，再根据密度公式求出合金块的密度；
（4）物体漂浮在水面上时受到的浮力等于物体的重力，此时不需要用弹簧测力计提着木块，据此分析图示答题．

解答 解：（1）弹簧测力计每一小格表示0.5N，由图乙可知，G=2N；
由图丙可知，F′=1.5N，
石块在水中受到的浮力为：F_浮=G-F′=2N-1.5N=0.5N；
由图甲可知，空桶的重力G_桶=0.5N，
由图丁可知，水和桶的重力G_总=1N，
桶中水的重力：G_排=G_总-G_桶=1N-0.5N=0.5N；
根据计算结果，可见F_浮=G_排，说明浸在液体中的物体受到的浮力等于它排开的液体受到的重力；
（2）溢水杯的水没装满，物体放入溢水杯时，先要使溢水杯满了才可以向外排水，故在此过程中，物体受到的浮力大于排出的水的重力；
（3）由于物体溢出水的体积和合金块的体积相等，
故根据G=mg和ρ=$\frac{m}{V}$可得，合金块的体积V=V_溢水=$\frac{{m}_{溢水}}{{ρ}_{水}}$=$\frac{{G}_{溢水}}{{ρ}_{水}g}$，
合金块的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{G}{gV}$=$\frac{G}{g×\frac{{G}_{溢水}}{{ρ}_{水}g}}$=$\frac{G}{{G}_{溢水}}×{ρ}_{水}$=$\frac{2N}{0.5N}×1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}$=4×10³kg/m³；
（4）物体漂浮在水面上，受到的浮力等于它的重力，测量漂浮的物体受到的浮力时，不需要用弹簧测力计提着物体，“探究漂浮在水面上的物体所受浮力的大小是否遵循阿基米德原理”的实验步骤与图丙不同．
故答案为：（1）0.5；浸在液体中的物体受到的浮力等于它排开的液体受到的重力；（2）＞；（3）4×10³；（4）图丙．

点评 本题考查了验证阿基米德原理的实验，关键是知道该实验的验证方法，同时要注意物体漂浮时受到的浮力不能用称重法进行测量．