Question

10．为了探究“浸在液体中的物体所受的浮力跟它排开的液体所受的重力”的关系，某同学设计了如图所示的探究过程，请根据图形提示，完成下列填空：

（1）与A图比较，C图中弹簧秤的示数会变小，其原因是金属块受到水的浮力，浮力的方向是竖直向上．
（2）图C和图D中金属块所受的浮力不同，这是由于排开水的体积不同或排开水的重力不同的原因引起的．
（3）选用其他液体多次实验后，可得出结论：浸在液体中的物体所受的浮力大小等于物体排开液体所受的重力或G_排．
（4）浸没在水中的金属块匀速向下运动过程中，金属块所受的浮力不变（选填“变小”、“变大”或“不变”），该实验还可以说明浮力与物体浸没的深度无关．
（5）金属块的密度是4×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）浸在液体中的物体受到液体竖直向上的浮力作用；
（2）结合影响浮力大小的因素及C、D两图进行分析即可；
（3）阿基米德原理：浸在液体中的物体受到浮力等于其排开液体所受的重力；
（4）根据F_浮=ρ_液gV_排判断浮力的大小变化，从而得出结论；
（5）根据完全浸没时的浮力求出V排，得出物体的体积，计算出物体的密度．

解答 解：（1）浮力的方向是竖直向上的．
（2）图C和图D中，金属块排开水的体积不同，所以金属块所受的浮力不同．
（3）经过多次实验可得出结论：浸在液体中的物体所受的浮力大小等于其排开液体的重力．
（4）浸没在水中的金属块匀速向下运动过程中，由于排开水的体积不变，所以金属块所受的浮力不变；
浸没在金属块在水中的深度发生了变化，浮力没变，可以说明浮力与物体浸没的深度无关．
（5）由A知，金属块的质量m=$\frac{G}{g}$=$\frac{2N}{10N/kg}$=0.2kg；
金属块完全浸没时的浮力：F_浮=G-F=2N-1.5N=0.5N；
由F_浮=ρ_液gV_排得，V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.5N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=0.5×10^-4m³；
金属块的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.2kg}{0.5×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=4×10³kg/m³．
故答案为：（1）竖直向上；（2）排开水的体积不同或排开水的重力不同；（3）等于物体排开液体所受的重力或G_排；（4）不变；物体浸没的深度；（5）4×10³kg/m³．

点评 本题是一道综合题，综合考查了学生的实验和计算能力，理解阿基米德原理是解答本题的关键．本题中的第（3）问，给了我们一种计算体积的方法，那就是依据阿基米德原理利用浮力除以水的密度和g来计算．