题目内容

【题目】同学们用空塑料瓶和细沙等实验器材探究影响浮力大小的因素。

(1)同学们根据生活经验提出了如下三种猜想,并举出了相应的实例。

猜想一,浮力的大小与物体的密度有关,实例:铁块可以在水中下沉,木头可以浮在水面上。

猜想二,浮力的大小与液体的密度有关,实例:鸡蛋可以在水中下沉,在盐水中可以浮起来。

猜想三,浮力的大小与浸入液体的深度有关,实例:站在游泳池里,人越往下蹲感觉到水向上托自己的力越大。

为了验证以上猜想是否正确,同学们选择了装入细沙的塑料瓶和其他实验器材进行探究,实验过程如图13所示。

①根据实验步骤d和_____(填序号),可以确定猜想二是正确的;

②根据实验步骤c和d可以验证猜想三是_____(选填“正确”或“错误”);对猜想三对应的实例,合理的解释是:站在游泳池里,人越往下蹲,_______变大,所以浮力变大。

③要验证猜想一是否正确,可以在塑料瓶中______________后再将塑料瓶浸没于水中进行探究。

④同学们讨论认为,猜想一和猜想二中的实例反应了物体的浮与沉可能与密度有关,要选用一个能漂浮在图e中盐水上的物体时,物体的密度应小于___________g/cm3(计算结果保留1位小数)。

(2)同学们探究完影响浮力大小的因素后,又利用滑轮、完全相同但质量未知的若干个钩码、溢水杯、量筒等器材,测量一个物块的密度。设计的实验步骤如下:

步骤一:用一根质量不计的细线一端系住物块儿,另一端绕过定滑轮挂住3个钩码,此时物块、钩码静止不动,并将注满水的溢水杯置于物块下方,如图所示;

步骤二:移去1个钩码后,物块下降浸入水中再次静止不动,此时物块有一半的体积露出水面;

步骤三:将溢出的水全部倒入量筒中,水的体积如图所示。

实验中不计一切摩擦,则溢出水的体积为_____cm3;物体的质量为_____g;物体的密度为_____g/cm3。

【答案】e 错误 排开液体的体积 装入细沙 1.1 30 90 1.5

【解析】

(1)要验证猜想二:浮力的大小与液体的密度有关,应选择物体所处的深度和浸没的体积相同,而液体的种类(密度)不同的d、e再次实验;

根据实验数据,物体浸没水中受到的浮力F浮=0.4N-0.06N=0.34N;物体浸没在盐水中受到的浮力F浮=0.4N-0.02N=0.38N;浮力不相等,说明浮力的大小与液体的密度有关,可以确定猜想二是正确的;

(2)在c、d实验中,排开液体的体积,密度相同,而物体所处的深度不同,受到的浮力相同;故得出:物体浸在同种液体中,所受浮力大小与浸入液体的深度无关。可以验证猜想三是错误的;

对该猜想对应的实例,合理的解释是:在游泳池里,人越往下蹲排开水的体积越大,人受到的浮力越大,说明浮力的大小与物体排开液体的体积有关;

(3)要验证猜想一是否正确,即浮力的大小与物体的密度有关,根据控制变量法要改变物体的密度,在物体体积不变时,在塑料瓶中添加一些细砂可以改变塑料瓶整体的密度;

(4)由a、c两图知,物体浸没在水中所受浮力:F浮=G-F′=0.4N-0.06N=0.34N;

物体浸没在盐水中受到的浮力F浮′=0.4N-0.02N=0.38N;

由阿基米德原理可得:F浮=ρ水gV排=0.34N------(Ⅰ),F浮′=ρ盐水gV排=0.38N-------(Ⅱ)

浸没时V排相等,由(Ⅰ)(Ⅱ)可得盐水的密度:

。

则物体的密度应小于1.1g/cm3。

(5)设一个钩码的质量为m,

由图可知,溢出量筒中水的体积为V=30cm3=3×10-5m3,

物体受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×3×10-5m3=0.3N,

由“移去1个钩码后,物块下降浸入水中再次静止不动,此时物块有一半的体积露出水面”

可得,G-F浮=F拉,使用定滑轮不省力也不费力,

则3mg-F浮=2mg,即3mg-0.3N=2mg

解得m=0.03kg=30g,

即物体的重力等于三个钩码的重力,则物体的质量等于三个钩码的质量m=30g×3=90g;

物块有一半的体积露出水面,则物体的总体积为:V=2×30cm3=60cm3,

物体的密度为:;

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