Question

1．小明同学在探究影响浮力大小的因素时，做了如图1所示的实验．请你根据小明的实验探究回答下列问题．

（1）请在图2中画出步骤F的铁块所受力的示意图（圆点表示铁块A）．（要求在每个力的示意图旁边写出该力的符号和大小）
（2）为了探究浸在液体中的物体所受浮力大小与物体排开液体的体积是否有关，可以选图中的步骤A和步骤C与步骤A和D或E步骤的浮力计算结果进行比较．
（3）对比步骤F与步骤D，可知物体在液体中所受浮力的大小与液体的密度有关．
（4）如图1所示的步骤B到E，当铁块的底部从接触水面开始，到铁块浸没，直至浸没到更深的位置，图3中能表示此过程物体所受浮力F_浮与浸入水中深度h关系的图象是丁，能表示此过程测力计示数与浸入水中深度h关系的图象是丙．
（5）根据以上实验数据，可得盐水的密度为1.2×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）A浸没在盐水中，受到竖直向下的重力，竖直向上的浮力和测力计的拉力，根据F浮=G-F确定浮力的大小；
（2）要探究浸在液体中的物体所受浮力大小与物体排开液体的体积是否有关，应保持液体的密度相同，物体排开液体的体积不同；
（3）要探究液体中所受浮力的大小与液体的密度有关时应控制排开液体体积不变，改变液体的密度；
（4）当物体慢慢浸入水中时，完全浸没前，由于排开水的体积增大，受到的浮力增大，当物体完全浸没后，深度增大，排开水的体积不变，浮力不变；
当物体从开始浸入水中到完全浸入水中即浸没的过程中，物体排开液体的体积在逐渐变大，液体密度不变，所以浮力是变大的．而当物体浸没以后，再向水中下沉的时候，物体排开液体的体积不再发生变化，所以浮力是不变的．
（5）根据称重法求出物体在水中和盐水中受到的浮力，根据阿基米德原理分别表示出物体排开液体的体积即为物体的体积，根据物体的体积不变得出等式即可求出盐水的密度．

解答 解：（1）A在盐水中受到受到竖直向下的重力，竖直向上的浮力和测力计的拉力，这三个力都作用在A点上，分别画出这三个力的示意图，如图所示：
；
（2）探究浮力大小与物体排开液体的体积有关时，应控制液体密度不变，改变物体排开的液体的体积，故选图1中的步骤A和步骤C与步骤A和步骤D或E的浮力计算结果进行比较；
（3）探究液体中所受浮力的大小与液体的密度有关时应控制排开液体体积不变，改变液体的密度，故应对比步骤F与步骤D分析；
（4）在完全浸没前，随着深度的增加，受到的浮力增大；完全浸没后，深度增加，但浮力不变，所以丁正确；
当物体从开始浸入水中到完全浸入水中即浸没的过程中，物体排开液体的体积在逐渐变大，液体密度不变，根据我们所学过的物理知识F_浮=ρ_液V_排g，所以浮力是变大的．而当物体浸没以后，再向水中下沉的时候，物体排开液体的体积不再发生变化，所以浮力是不变的，故丙正确．
（5）物体浸没在水中时受到的浮力F_浮=G-F′=8N-6N=2N，
物体浸没在盐水中时受到的浮力F_浮′=G-F″=8N-5.6N=2.4N，
因物体在水和盐水中排开液体的体积和自身的体积相等，
所以，由F_浮=ρgV_排可得：
V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{{F}_{浮}^{′}}{{ρ}_{盐水}g}$，
整理可得，盐水的密度：
ρ_盐水=$\frac{{F}_{浮}^{′}}{{F}_{浮}}$ρ_水=$\frac{2.4N}{2N}$×1.0×10³kg/m³=1.2×10³kg/m³．
故答案为：（1）见上图；（2）D或E；（3）D；（4）丁；丙；（5）1.2×10³．

点评 本题是探究影响浮力大小的因素实验，考查了影响浮力的因素及控制变量法的应用，同时考查了有关浮力公式的应用，在（5）中确定V_排相等是解决此题的关键．