题目内容

4．小明利用如图甲所示的实验装置进行浮力有关问题的探究．他用弹簧测力计测出物体的重力，并把它慢慢放入水中．根据测力计的实验数据，绘出了弹簧测力计对物体的拉力和物体所示浮力随着浸入水中深度变化的图象（如图乙所示）
（1）根据图甲所示，物体的重力为2N．
（2）分析图乙图象可知：图象a（选填“a”或“b”）是描述物体所受拉力随浸入水中深度的变化图象；F1、F2、F3这三个力之间的等量关系是F1=F2+F3．
（3）从图中可以看出物体密度与水的密度的关系：ρ物小于（或＜）2ρ水．

分析 （1）搞清测力计的分度值，根据指针的位置读数；
（2）根据阿基米德原理判断物体所受浮力的变化结合图象得出结论；
搞清F1、F2、F3这三力的含义，利用平衡力的知识得出结论；
（3）测量物体密度的基本原理是ρ=$\frac{m}{V}$．利用弹簧测力计可以得到物体的重力，利用m=$\frac{G}{g}$得到质量；物体可以浸没在水中，由图象知道铁块受到的浮力，利用公式V排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$得到物体浸入水中的体积，也就是物体的体积．从而可得出物体密度与水的密度的关系．

解答 解：（1）由图甲知，物体的重力为2N；
（2）根据阿基米德原理，在未完全浸没时，浮力应随着浸入深度的增加而增大，当完全浸没时，深度增加，浮力大小不变，所以物体所受拉力应先减小后不变，所以a是描述拉力与深度关系的，b是描述浮力与深度关系的；
图象a中的F3表示物体全部浸没后弹簧测力计的拉力；图象b中的F2表示物体全部浸没后，物体所受的浮力；又知道物体全部浸没后受到三个力的作用，向下的重力和向上的浮力、拉力，此时物体处于静止状态，受的是平衡力，即重力等于浮力加拉力，所以F1=F2+F3；
（3）物体的质量m=$\frac{G}{g}$=$\frac{{F}_{1}}{g}$，
当物体完全浸没时，受到的浮力为F浮=F2，
由F浮=ρ水gV排得，物体的体积V=V排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{{F}_{2}}{{ρ}_{水}g}$，
物体的密度：ρ物=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{{F}_{1}}{g}}{\frac{{F}_{2}}{{ρ}_{水}g}}$=$\frac{{F}_{1}}{g}$×$\frac{{ρ}_{水}g}{{F}_{2}}$=$\frac{{F}_{1}}{{F}_{2}}$×ρ水；
由图知，F1＜2F2，可知$\frac{{F}_{1}}{{F}_{2}}$＜2，则ρ物＜2ρ水．
故答案为：（1）2； （2）a；F1=F2+F3；（3）小于（或＜）．

点评 物体受到的浮力与排开液体的体积大小有关，与所处的深度无关．当物体接触液面不断向下过程中，不要只注意深度的增大，排开液体的体积也是增大的，这才是浮力增大的根本原因．

练习册系列答案
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17．请把右表中的语句所涉及的物理知识填写出来．
语句所涉及的物理知识
1电动机磁场对电流的作用
2保险丝
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