Question

20．在探究“浮力的大小与什么因素有关”的实验中，小明同学进行了如图所示的一系列实验，实验数据在图中已列出．
（1）图①②③三次实验得到的实验结论是浮力的大小与排开液体的体积有关；
（2）图①③④三次实验想验证的猜想是浮力的大小可能与浸没的深度有关；
（3）根据有关实验数据，铜块的密度是9×10³kg/m³；
（4）小明同学又想探究物体所受浮力大小是否与物体的形状有关，请利用弹簧测力计、装有水的烧杯、橡皮泥、细线设计实验方案来进行验证．（写出实验步骤）

Answer 1

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；
（2）要探究浮力和深度的关系，应控制液体密度和排开液体的体积相同，改变物体在液体中的深度，从图中找出答案；
（3）由图象可知，当物体所在水的深度为h=0，也就是没有与水接触时，弹簧测力计的示数等于物体的重力；已知重力，可以得到物体的质量；当物体完全浸没时，根据阿基米德原理，利用公式V_物=V_排得到物体的体积；已知物体的质量和体积，可求其密度；
（4）要探究浮力大小与物体的形状是否有关，应使液体密度和物体排开液体的体积不变，改变物体的形状，通过测力计示数变化得出结论．

解答 解：（1）分析比较实验序①、②、③，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；
（2）分析比较实验序号①、③、④，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液体密度相同，改变物体在液体的深度，验证猜想浮力的大小可能与浸没的深度有关；
（3）由图①知，物体的重力为G=9N，浸没时受到的浮力大小F_浮=G-F=9N-8N=1.0N，根据阿基米德原理，
V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=10^-4m³，因浸没，V_物=V_排=10^-4m³，所以，
物体的密度ρ=$\frac{G}{g{V}_{物}}$=$\frac{9N}{1{0}^{-4}{m}^{3}×10N/kg}$=9×10³kg/m³；
（4）要探究浮力大小与物体的形状是否有关，应使液体密度和物体排开液体的体积不变，改变物体的形状，可用橡皮泥进行实验：
实验步骤：①用线扎好橡皮泥，挂在弹簧测力计的钩上，将橡皮泥浸没在水里，读出弹簧测力计的示数F₁．②将橡皮泥捏成不同的形状．将橡皮泥浸没在水中，读出弹簧测力计的示数F₂．③比较G-F₁和G-F₂的大小可以得出结论．
故答案为：（1）浮力的大小与排开液体的体积有关；（2）浮力的大小可能与浸没的深度有关；（3）9×10³kg/m³；
（4）实验步骤：①用线扎好橡皮泥，挂在弹簧测力计的钩上，将橡皮泥浸没在水里，读出弹簧测力计的示数F₁．②将橡皮泥捏成不同的形状．将橡皮泥浸没在水中，读出弹簧测力计的示数F₂．③比较G-F₁和G-F₂的大小可以得出结论．

点评 本题主要考查浮力的大小与那些因素有关，并求物体的密度以及改变物体形状对浮力是否有影响，并设计实验方案，是一道综合题，中等难度．