Question

12．小明用如图所示装置探究浮力的相关知识，细线的体积、重力及滑轮摩擦不计．实验步骤如下：
A．用测力计测出长方体空心塑料块的重力；
B．在底部固定有滑轮的容器中装适量的水；
C．用一根细线穿过滑轮将塑料块与测力计连接起来；
D．往容器中注水，待水面平静时记录塑料块底部所处的深度及测力计的示数；
E．多次重复步骤D的实验操作．
实验数据记录如下表：

塑料块底部所处深度（cm）	2	3	4	5	6	7	8
测力计示数（N）	0	0.25	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4
浮力（N）	0.6	0.85	1	1	1	1	1

（1）此实验中滑轮的作用是改变力的方向．
（2）本实验是通过测量拉力间接测出浮力，以下测量方法与之不同的是C．
A．用测力计测量物体受到的重力
B．用测力计测量水平面上匀速直线运动物体受到的摩擦力
C．用量筒测量液体的体积
（3）分析前三次实验数据可知，塑料块所受到的浮力大小与排开液体的体积有关；分析后五组数据可知，塑料块所受浮力大小与深度无关．
（4）塑料块的重力为0.6N，塑料块的平均密度为0.6×10³kg/m³．（g=10N/kg）

Answer 1

分析 （1）定滑轮能改变力的方向；
（2）物理量的测量中，一些可以直接用测量仪器测量；有一些不能由测量仪器直接测出，但可以测量另外的量，通过计算得出；
（3）影响浮力大小的因素是物体排开液体的体积和密度，当研究浮力大小与深度的关系时，要控制物体排开液体的体积和密度保持不变，只改变深度的大小，故应从第3列数据开始分析；
（4）根据F_浮=G-F求出在水中的浮力，再根据F_浮=ρ_水gV_排求出排开水的体积，即在液体中排开液体的体积，再根据F_浮=ρ_液gV_排求出液体密度．

解答 解：
（1）塑料块受到的拉力方向竖直向下，但通过定滑轮的作用，竖直向上用力就能起到同样的效果，所以，实验中定滑轮的作用是改变力的方向；
（2）塑料块受到竖直向下的重力G、拉力T和竖直向上的浮力F_浮作用，在这三个力的作用下，塑料块处于静止状态，所以F_浮=G+T，塑料块受到的浮力是通过测出的拉力T和物体本身的重力G求出来的，即通过测量拉力间接测出浮力．
a、重力是不能直接测量的，根据二力平衡条件，通过测量物体质量的大小间接测出重力的大小，属于间接测量；
b、水平面上匀速直线运动物体受到的摩擦力不能直接测量，根据二力平衡，此时物体受到的摩擦力大小等于物体受到的拉力，通过测量拉力的大小间接测出了摩擦力的大小，属于间接测量；
c、用量筒测量液体的体积，是直接测量出来，与间接测量不同；
故选C；
（3）塑料块底部所处深度分别为2cm、3cm、4cm时，物体排开液体的体积逐渐增大，浮力变大，故浮力大小与物体排开的液体的体积有关；从所处深度为4cm开始，物体排开水的体积都等于物体自身的体积保持不变，从表中数据可知，塑料块受到的浮力与所处深度无关．
（4）当测力计的示数为0N时，塑料块漂浮，浮力和重力相等，此时浮力为0.6N，故塑料块的重力为0.6N；
塑料块的质量为：m=$\frac{G}{g}$=$\frac{0.6N}{10N/kg}$=0.06kg；
在水中的浮力F_浮′=1N，由F_浮=ρ_水gV_排可得，物体排开水的体积即物体的体积：
V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1N}{1×1{0}^{3}g/{m}^{3}×10N/kg}$=1×10^-4m³，
塑料块的密度：
ρ_塑料=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.06kg}{1×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=0.6×10³kg/m³．
故答案为：（1）改变力的方向；（2）C；（3）排开液体的体积；与深度；（4）0.6；0.6×10³．

点评 本题探究浮力大小与深度的关系，涉及定滑轮特点、力的平衡、控制变量法等知识，并考查了直接测量和间接测量的不同．