Question

16．同学们用空塑料瓶和细沙等实验器材探究影响浮力大小因素，（g取10N/kg，ρ_水=1×10³kg/m³）

（1）为了测出塑料瓶的体积，进行如下操作，
①把天平放在水平桌面上，调节天平平衡，在左盘中放入盛有适量水的烧杯，通过增减砝码和移动游码使天平再次平衡，所加砝码和游码的位置如图甲所示，烧杯和水的总质量为133g．
②在空塑料瓶中装入适量细沙，拧紧瓶盖，在瓶颈系一细绳，手拿细绳将塑料瓶完全浸没于烧杯的水中（瓶没有接触烧杯，水未溢出），通过增减砝码和移动游码使天平再次获得平衡，所用砝码总质量和游码所示质量之和为167g，塑料瓶的体积是34cm³．
（2）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：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，实验过程如图乙所示．
①根据实验步骤d和e（填序号），可以确定猜想二是正确的；
②根据实验步骤c和d可以验证猜想三是错误（选填“正确”或“错误”）；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，可以在塑料瓶中添加一些细砂后再进行探究．
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1.1g/cm³（计算结果保留1位小数）．

Answer 1

分析 （1）①质量等于砝码的质量加游码对应的刻度值；
②根据①②可求得塑料瓶排开水的质量，然后可求得塑料瓶排开水的体积，由于塑料瓶浸没，所以V_排=V_塑料瓶；
（2）①弹簧测力计示数的减小等于物体在液体中受到的浮力；重力与浮力比较大小可判断出是否下沉；二图比较可得浮力与液体密度的关系；
②比较acd得出两次浮力的大小关系，研究浮力大小与浸入液体的深度有无关系时，应控制其它的因素相同，只改变浸入液体的深度；根据猜想3举出一个物体浸入液体的深度不同的生活中的实例即可；
③在塑料瓶中添加一些细砂可以改变塑料瓶整体的密度；
④根据阿基米德原理可以求出雁水电密度．

解答 解：（1）①烧杯和水的总质量为：m=100g+20g+10g+3g=133g，
②由①②步骤可知，塑料瓶排开水的质量m_排水=167g-133g=34g，
由ρ=可得，V_排水=$\frac{{m}_{排水}}{{ρ}_{水}}$=，
因为铁块浸没，所以V_铁=V_排水=$\frac{34g}{1g/c{m}^{3}}$=34cm³，
由C、D可知，铁块排开液体的质量m_排液=m₃-m₄，
因为铁块浸没，所以V_铁=V_排水=V_排液，
（2）①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；因为，浮力不相等，而物体所处的深度和浸没的体积相同，则是液体的种类（密度）不同的引起的，说明浮力的大小与液体的密度有关，根据实验d、e可以确定猜想二是正确的；
②物体在c、d中（排开液体的密度相同，都是水）中受到的浮力相同，而排开液体的体积都等于物体的体积，但物体所处的深度不同，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．根据实验步骤c和d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：
ρ_盐水=$\frac{{F}_{浮}′{ρ}_{水}}{{F}_{浮}}$=$\frac{0.38N×1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}{0.34N}$=1.1×10³kg/m³=1.1g/cm³．
物体的浮与沉与密度有关，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1.1g/cm³．
故答案为：（1）①133；②34；
（2）①e；②错误；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添加一些细砂；④1.1．

点评 本题主要考查用空塑料瓶和细沙等实验器材探究影响浮力大小因素的实验，阿基米德原理以及控制变量法的使用，是一道综合题．