Question

13．为了探究浸在液体中的物体所受的浮力跟它排开液体所受的重力的关系，某同学进行了如图所示的实验：

（1）你觉得合理的实验顺序是丁甲乙丙．（用“甲乙丙丁”排序）
（2）实验中他测得合金块重2.0N，合金块浸没在水里时受到的浮力为0.5N，合金块排开水的中0.5N，可得出结论：浸在液体中的物体所受的浮力的大小等于物体排开液体所受的重力．
（3）图乙中，浸没在水中的合金块匀速向下运动的过程中，合金块所受的浮力不变（选填“变大”“不变”或“变小”），合金块体积为5×10^-5m³．
（4）该合金的密度是4×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）要先测合金块的重力和空桶的重力，然后再把金属块没入水中，测出合金块受到的拉力，根据称重法求出浮力；最后再测出桶和溢出水的重力得出排开水的重力；
（2）根据甲图可得出合金块的重力；根据甲和乙可得出合金块浸没在水里时受到的浮力；根据丙和丁可得出排开水的重力，然后比较即可得出结论；
（3）物体所受浮力的大小与排开液体的体积和液体的密度有关，与浸没的深度无关；
根据阿基米德原理求出合金块浸没入水中时排开水的体积；即为合金块的体积；
（4）根据G=mg求出合金块的质量，利用密度公式求出合金块的密度．

解答 解：（1）合理的实验顺序是：
丁、测出空桶所受的重力；
甲、测出实心合金块所受的重力；
乙、把合金块浸没在装满水的溢水杯中，测出合金块所受的浮力，收集合金块排开的水；
丙、测出桶和排开的水所受的重力．
（2）由甲图可知：合金块的重力G=2.0N；
由图中甲和乙数据可知，合金块受到的浮力：F_浮=2.0N-1.5N=0.5N，
由图中丙和丁数据可知，合金块没入水中后排开水的重力：G_排水=G_桶和水-G_空桶=1.0N-0.5N=0.5N；
由于F_浮=G_排水，可得出结论：浸在液体中的物体所受的浮力的大小等于它排开液体所受的重力．
（3）由阿基米德原理公式F_浮=ρ_液gV_排可知，浮力大小只与液体的密度和排开液体的体积有关．
当合金块浸没在水中时，不论是向下匀速运动还是向上匀速运动，只要始终是没入水中，则V_排一定，所受浮力不变；
由F_浮=ρ_液gV_排得排开水的体积：
V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.5N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=5×10^-5m³，
（4）合金块的质量：m=$\frac{G}{g}$=$\frac{2N}{10N/kg}$=0.2kg，
因为合金块浸没入水中，所以合金块的体积：V=V_排=5×10^-5m³，
合金块的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.2kg}{5×1{0}^{-5}{m}^{3}}$=4×10³kg/m³．
故答案为：（1）丁甲乙丙；
（2）2.0；0.5；0.5；物体排开液体所受的重力；
（3）不变；5×10^-5；
（4）4×10³．

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．