Question

13．如图甲是“测量浮力大小”的实验过程示意图．

（1）实验步骤C和D可以探究浮力大小与排开的液体体积的关系，步骤B和D可以测出物块浸没在水中时受到的浮力F_浮，步骤A和E可以测出物块排开的水所受重力G排； 比较F_浮 G_排，可以得到浮力的大小跟物体排开的水所受重力的关系不，从而可以验证阿基米德原理．
（2）图乙是物块缓慢浸入水中时，弹簧测力计示数F随浸入深度h变化的关系图象．分析图象，可得关于浮力大小的初步结论：
①物块侵没前，物体排开的液体体积越大，物块所受的浮力越大；
②物块浸没后，所受的浮力大小与深度无关．
（3）此物块的密度是2.5g/cm³．

Answer 1

分析 （1）要先测物块的重力和空桶的重力，然后再把物块没入水中，测出物块受到的浮力，最后再测出桶和溢出水的重力；分析几步实验的相同因素和不同因素，就可知道这几步是探究哪个因素对浮力的影响，并根据测力计示数计算出每步浮力的大小，从而得出结论．
（2）乙图表示物体逐渐浸入水中直到浸没时测力计的示数变化，斜线表示物体逐渐浸入水中的过程，水平线表示浸没水中的过程，分析各段的含义回答；
（3）由阿基米德原理求出排开液体的体积，再利用重力、密度的变形公式求出物块的密度．

解答 解：（1）在CD中，相同的因素是液体密度，不同因素是排开液体体积．
测力计分度值为在0.2N，
C中，物体受到的浮力：
F_浮1=G-F_示1=3N-2.4N=0.6N，
在D中的浮力为：
F_浮2=G-F_示2=3N-1.8N=1.2N，实验步骤C和D可以探究浮力大小与排开液体体积的关系，排开液体体积越大，浮力越大．
步骤B和D可以测出物块浸没在水中时受到的浮力F_浮2=1.2N，步骤A和E可以测出物块排开的水所受重力：
G_排=2.2N-1N=1.2N，比较F_浮与G_排，可以验证阿基米德原理；
（2）①物体未浸入水中时h=0，从图乙可读出此时弹簧测力计的示数等于物体的重力G=3N．在未完全浸入时弹簧测力计的示数逐渐减小，则浮力逐渐增大由图知物体浸入水中位置时弹簧测力计的示数为1.8N，所以物体所受的浮力F_浮=G-F_示=3N-1.8N=1.2N；物块浸没前，物体排开的液体体积越大，物块所受的浮力越大；
②由图可知弹簧测力计的示数有一段随h的增大而不变（浸没后），故可得出：浸没在液体中的物体所受浮力大小与它所处深度无关．
（3）由阿基米德原理F_浮=ρ_液V_排g得：
V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{液}g}$，因浸没故V_排=V_物；
物体的密度：
ρ_物=$\frac{m}{{V}_{物}}$=$\frac{\frac{G}{g}}{{V}_{物}}$=G×$\frac{{Gρ}_{液}}{{F}_{浮}}$=$\frac{3N×1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}{1.2N}$=2.5×10³kg/m³=2.5g/cm³；
故答案为：
（1）排开的液体体积；阿基米德；（2）①排开的液体体积越大；②浸没的深度；
（3）2.5．

点评 本题用到的知识点有重力、质量、密度、单位换算、二力平衡、受力分析、控制变量法、阿基米德原理等，考查学生结合图象对所学知识进行综合分析的能力，难度较大．