Question

16．为了“探究浮力的大小与哪些因素有关”，小芳用弹簧测力计、鸡蛋、烧杯、水做了如图A、B、C、D所示的实验：

（1）通过观察ABC或ABD三图中数据，小芳得出：浸在液体中的物体所受浮力与排开液体的体积有关．
（2）小芳观察发现C、D两图中弹簧测力计的示数相等，即鸡蛋所受到的浮力相等．由此可知：完全浸没在液体中的物体所受浮力与物体浸没的深度无关．（选填“有”或“无”）
（3）通过图中的实验数据，可算出鸡蛋的密度约1.1g/cm³（结果保留一位小数）．
（4）小芳又找来一个相同的烧杯，倒入适量的洗发露，她将挂在弹簧测力计下的鸡蛋放入洗发露中，结果发现鸡蛋漂浮在洗发露表面，弹簧测力计的示数为0（如图E所示）．小芳通过计算发现D、E两图中鸡蛋的浮力不相等，得出结论：浮力大小与液体密度有关．你认为这个结论的得出是否可靠？并说明理由不可靠，没有控制排开液体的体积相等．
（5）小芳通过E图实验可知：洗发露的密度大于鸡蛋的密度（选填“大于、小于或等于”）．她很想知道洗发露的密度是多大．于是，她又找来一架天平（带砝码）、一根细竹筷，利用刚才算出密度的鸡蛋（密度已知为ρ_蛋）设计了如下实验．请你将小芳的实验步骤补充完整：
①用天平称出鸡蛋的质量为m₁；
②烧杯中装满洗发露，用天平称出烧杯和洗发露的总质量m₂；
③将鸡蛋放入洗发露中，用竹筷将鸡蛋完全浸没在洗发露中，保持竹筷不动（选填“移走竹筷”或“保持竹筷不动”），用抹布擦净溢出液体后，用天平秤烧杯、洗发露和鸡蛋的总质量为m₃，则洗发露的密度ρ_洗发露=$\frac{{m}_{1}+{m}_{2}-{m}_{3}}{{m}_{1}}$•ρ_鸡蛋（用字母表示）．

Answer 1

分析 （1）根据阿基米德原理，分析实验中各图中数据得出结论；
（2）利用CD两图信息求出在两次中物体所受浮力，分析解答此题；
（3）利用重力G=mg求出物体质量，根据浮力求出物体的体积V，结合ρ=$\frac{m}{V}$求出密度；
（4）观察图中所示信息，对比弹簧测力计示数，分析解答；
（5）测出了鸡蛋的质量m₁后，知道鸡蛋的密度，利用V=$\frac{m}{ρ}$求鸡蛋的体积；而鸡蛋浸没在洗发露中排出的洗发露的体积等于鸡蛋的体积；利用步骤①②③测量溢出洗发露的质量，利用密度公式求洗发露的密度．

解答 解：（1）通过观察图ABC或ABD三图数据，可知B、C或B、D物体浸入液中体积不同，测力计示数不同，由此可知浸在液体中的物体所受浮力与排开液体的体积有关；
（2）观察发现C、D两图中鸡蛋在同种液体完全浸没，排开液体的体积相同，浸没深度不同，但是弹簧测力计的示数相等，即鸡蛋所受到的浮力相等．由此可知：完全浸没在液体中的物体所受浮力与物体浸没的深度无关；
（3）因为鸡蛋的重力G=0.5N，根据G=mg得：
m=$\frac{G}{g}$=$\frac{0.5N}{10N/kg}$=0.05kg，
由图A、C可知鸡蛋所受浮力为：
F_浮=G-F=0.5N-0.04N=0.46N
又知F_浮=G_排=ρ_水gV排，鸡蛋浸没，故鸡蛋的体积为：
V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.46N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=0.46×10^-4m³
鸡蛋的密度为：
ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.05kg}{0.46×1{0}^{-4}{m}^{3}}$≈1.1×10³kg/m³=1.1g/cm³；
（4）对比D、E发现两次示数不同，说明两次所受浮力大小不同，从图中可以看出两次鸡蛋浸入液体的体积不同，因此小芳得出浮力大小与液体密度有关的结论是不可靠的，原因是两次排开液体的体积不同；
（5）由E图可知，鸡蛋在洗发露中漂浮，因为物体漂浮的条件是ρ_物＜ρ_液；
测量洗发露的密度时，原理为ρ=$\frac{m}{V}$；
测出了鸡蛋的质量m₁后，知道鸡蛋的密度，利用V=$\frac{m}{ρ}$求鸡蛋的体积；
而鸡蛋浸没在洗发露中排出的洗发露的体积等于鸡蛋的体积；
将鸡蛋放入洗发露中，用竹筷将鸡蛋完全浸没在洗发露中，保持竹筷不动，用抹布擦净溢出液体后，用天平秤烧杯、洗发露和鸡蛋的总质量为m₃，则排开的洗发露的质量为：
m=m₁+m₂-m₃，
排开洗发露的体积V=V_鸡蛋=$\frac{{m}_{1}}{{ρ}_{鸡蛋}}$，
所以洗发露的密度为：
ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{{m}_{1}+{m}_{2}-{m}_{3}}{\frac{{m}_{1}}{{ρ}_{鸡蛋}}}$=$\frac{{m}_{1}+{m}_{2}-{m}_{3}}{{m}_{1}}$•ρ_鸡蛋
故答案为：（1）ABC或ABD；
（2）无；
（3）1.1；
（4）不可靠，没有控制排开液体的体积相等；
（5）大于；完全浸没在洗发露中；保持竹筷不动；$\frac{{m}_{1}+{m}_{2}-{m}_{3}}{{m}_{1}}$•ρ_鸡蛋．

点评 此题为实验综合题，主要考查学生对于浮力和密度测量的理解和掌握，熟悉实验原理是解题关键．