题目内容

16．某兴趣小组在探究浸在液体中的物体所受浮力大小规律的实验中，做了如图1所示的实验，将同一物体A逐渐浸入到密度的液体中，并通过观察弹簧测力计的示数的变化规律，得出以下一些结论：
（1）分析比较实验序号甲、乙、丙可初步得出结论：当液体的密度相同时，物体排开液体的体积越大，物体受到的浮力越大；分析比较实验序号甲、丙、丁可初步得出结论：当排开液体的体积相同时，物体所受浮力与浸没在液体中的深度无关（选填“有关”或“无关”）．

（2）由实验可知A物体的重力为6N，A物体浸没在液体中时所受的浮力是2N．
（3）同组的小明只利用弹簧测力计、细线、装有适量水的小桶，测量铁矿石的密度．以下是小明设计的实验步骤，请你按照他的实验思路，将实验步骤补充完整．
①将装有适量水的小桶悬挂在弹簧测力计下方，待小桶静止时，如图2甲，读出该弹簧测力计的分度值为0.2N，读出弹簧测力计的示数F1=2.0N．
②用细线拴住铁矿石，将铁矿石放入小桶中，手松开细线，铁矿石沉入桶底，待小桶静止时，如图2乙，读出弹簧测力计的示数F2=3.6 N．
③用手提起细线，使铁矿石仍浸没水中且不接触桶底和壁，待小桶静止时，读出弹簧测力计的示数F3=2.2N．
④利用测量出的物理量进行计算，铁矿石的重力为1.6N；铁矿石的密度ρ石=8×103kg/m3．

分析 （1）根据F浮=G-F，由弹簧测力计的示数确定物体受到的浮力大小，结合控制变量法，找出不变的量和变化的量，从而确定浮力大小与变化量之间的关系；
比较甲、丙（或丁），弄清楚不变量和变量，根据F浮=G-F得出结论．
（2）甲图中，弹簧测力计示数即为物体重力的大小；根据F浮=G-F求出浮力；
（3）要测量密度必须直接或者间接测量出质量和体积，然后用ρ=$\frac{m}{V}$求密度；
明确矿石浸没水中时，弹簧测力计测的不只是一桶水的重力，还会受到矿石所受浮力的反作用力，利用阿基米德原理求金属球受到的浮力，从而求出体积然后代入即可．

解答 解：（1）分析比较实验序号甲、乙、丙，液体的密度相同时，物体排开液体的体积越大，弹簧测力计的示数F越小，根据F浮=G-F，则物体受到的浮力越大，由此得出的结论是：当液体的密度相同时，物体排开液体的体积越大，物体受到的浮力越大；
研究物体所受浮力与物体浸没在液体中的深度的关系时，应控制排开液体的体积和密度相同，改变物体A在液体的深度，所以，应分析比较实验序号甲、丙、丁；已知在丙、丁中，弹簧测力计的示数均为4N，根据F浮=G-F知，物体受到的浮力不变．可初步得出结论：当排开液体的体积相同时，物体所受浮力与浸没在液体中的深度无关；
（2）甲图中，弹簧测力计示数即为物体重力的大小，G=6N；
A物体浸没在液体中时测力计的示数为4N，则A物体浸没在液体中时所受的浮力F浮=G-F=6N-4N=2N；
（3）①如图2甲，读出该弹簧测力计的分度值为0.2N，读出弹簧测力计的示数F1=2.0N．
②用细线拴住铁矿石，将铁矿石放入小桶中，手松开细线，铁矿石沉入桶底，待小桶静止时，如图2乙，读出弹簧测力计的示数F2=3.6 N．
③用手提起细线，使铁矿石仍浸没水中且不接触桶底和壁．待小桶静止时，读出弹簧测力计的示数F3=2.2N．
④根据题意第②步骤可知：
铁矿石的重力G=F2-F1=3.6N-2.0N=1.6N；
因此铁矿石的质量m=$\frac{G}{g}$=$\frac{1.6N}{10N/kg}$=0.16kg；
根据题意第③步骤可知：
矿石受到的浮力为F浮=F3-F1=2.2N-2.0N=0.2N；
由F浮=ρ水gV排得：
V=V排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.2N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=2×10-5m3，
所以铁矿石的密度ρ石=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.16kg}{2×1{0}^{-5}{m}^{3}}$=8×103kg/m3．
故答案为：（1）大；甲、丙、丁；无关；（2）6；2；（3）①0.2；②3.6；③用手提起细线，使铁矿石仍浸没水中且不接触桶底和壁；④1.6N；8×103kg/m3．

点评 本题考查F浮=G-F测量浮力的大小、阿基米德原理公式和控制量法的具体运用，知道矿石对水的反作用力等于受到水的浮力是本题的关键．

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