Question

12．小明和同学们在探究“浮力大小跟哪些因素有关”时，操作如下：
（1）如图甲所示小明把一个饮料罐缓慢投入水中，感觉用力越来越大，由此猜想浮力大小可能与排开水的体积有关，于是他设计了如图乙所示的实验步聚，通过比较乙图中的b、c或b、d（选填“a、b、c、d、e”）两图可以验证猜想是否正确；
（2）小明通过观察b、e两图，得出了“浮力的大小与液体密度有关”的结论，这样做是否合理不合理，请你说出理由没有控制物体排开液体的体积一定．
（3）根据题中的测量结果试求e图中盐水的密度为1.2×l0³kg/m³；
（4）实验结束后小明联想到压强知识，提出了下面两个问题，请你帮助解答（以下两空均选填“＞”、“＜”或“=”）；
①b、d两图中A下表面受到水的压强分别是p₁、p₂，则p₁＜p₂；
②b、c两图中烧杯对水平桌面的压强分别是p₃、p₄，则p₃＜p₄．

Answer 1

分析 （1）要探究浮力和物体排开液体体积的关系，就要采用控制变量法控制液体的密度一定而物体排开液体的体积不同；
（2）由阿基米德原理知道物体受液体浮力大小与液体密度和排开液体的体积有关，b、e两图中液体的密度不同，排开液体的体积也不同，没有控制变量，得出的结论不准确；
（3）根据称重法求出物体的所受的浮力，在根据浮力的计算公式求出物体的体积，根据称重法求出物体在盐水中的所受的浮力，最后根据F_浮=ρgV_排公式变形求出盐水的密度；
（4）①分析b，d两图中A下表面所处的深度，根据p=ρgh比较两者压强之间的关系；
②物体浸入水中时受到向上的浮力，同时物体给液体一个先下的压力，这两个力的大小相等，则桌面受到的压力等于烧杯和水的重力加上物体的浮力，比较两者浮力的大小，利用p=$\frac{F}{S}$比较两者对水平桌面的压强关系．

解答 解：（1）图a中所示物体的重力是4.0N，要验证浮力大小和物体排开液体体积的关系，就要保证液体的密度一定而物体排开液体的体积不同，图bc或bd符合题意；
（2）由b图中看出，物体A没有浸没于水中，和e图中比较，物体排开液体的体积不同，液体的密度也不同，不能得出物体受到的浮力大小与液体的密度有关，故小明的结论是错的，因为研究浮力大小与液体的密度的关系，要保证排开的液体的体积相等；
（3）物体A浸没在水中所受浮力大小为4N-3N=1.0N，
根据公式F_浮=ρgV_排得：
V_排水=V=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1×10^-4m³，
物体A浸没在盐水中所受浮力大小为${F}_{浮}^{′}$=4N-2.8N=1.2N，
因为都是浸没，所以V_排水=V_排盐水=1×10^-4m³，
根据公式${F}_{浮}^{′}$=ρ_盐水gV_排盐水得：
ρ_盐水=$\frac{{F}_{浮}^{′}}{g{V}_{排盐水}}$=$\frac{1.2N}{10N/kg×1×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=1.2×10³kg/m³；
（4）①由图可知，物体A下表面在b图中所处的深度小于在d图中的深度，由p=ρgh可知，p₁＜p₂；
②因物体浸入水中时受到向上的浮力，同时物体给液体一个先下的压力，这两个力的大小相等，
所以，桌面受到的压力等于烧杯和水的重力加上物体的浮力，
因c中弹簧测力计的示数较小，由F_浮=G-F′可知受到的浮力较大，
所以，c对桌面的压力大于b对桌面的压力，
烧杯的底面积相同，由p=$\frac{F}{S}$可知，p₃＜p₄．
故答案为：
（1）b、c或b、d；（2）不合理；没有控制物体排开液体的体积一定；（3）1.2×l0³；（4）＜；＜．

点评 本题考查了探究浮力大小与哪些因素有关的实验和有关液体压强、固体压强的大小比较，关键是利用好控制变量法以及明白烧杯对水平桌面的压力等于水和烧杯的重力加上物体受到的浮力．