Question

1．如图甲是小明“探究浮力大小”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液体的体积的关系，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_浮与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．
（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一条结论：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（或浸没在液体中的物体所受浮力大小与它所处深度无关）．
（3）此物块的密度是2.5g/cm³．（g取10N/kg）
（4）【拓展】完成上述实验后，小明又将在弹簧测力计下的物块刚好浸没在密度为0.8g/cm³的煤油中，此时物块下表面受煤油的压力为1.44N．

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）乙图中物体已全部浸入了水中，所以弹簧测力计的示数应读随h的增大F不变的一段的示数，利用称重法可计算出此时物体所受的浮力；
由图可知弹簧测力计的示数有一段随h的增大而不变，可总结出物体所受浮力与深度的关系．
（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；
（4）根据阿基米原理，根据物体浸没在水和煤油中受到的浮力之比得出在油中的浮力，根据浮力产生的原因得出结果．

解答 解：
（1）图中测力计分度值为0.2N，图ABCDE中测力计示数分别为：1N（空桶的重力）、3N（物体的重力）、2.4N（物体部分浸入时测力计的示数）、1.8N（物体浸没时测力计的示数）、2.2N（空桶和溢出水的总重）；
在图CD中，相同因素是液体的密度，不同因素是排开液体的体积．
根据称重法，在C中物体受到的浮力：F_浮C=G-F_示C=3N-2.4N=0.6N，
在D中物体受到的浮力为：F_浮D=G-F_示D=3N-1.8N=1.2N，
所以，实验步骤C和D可以探究浮力大小与排开液体的体积的关系；
步骤B和D可以测出物块浸没在水中时受到的浮力：F_浮D=G-F_示D=3N-1.8N=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，可以得到浮力的大小跟物体排开的水所受重力的关系；
（2）物体未浸入水中时（h=0），从图乙可读出物体的重力G=3N；物块浸没前，弹簧测力计的示数逐渐减小，则浮力逐渐增大；
故得出的结论是：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；
物体浸没后，弹簧测力计的示数随h的增大而不变，即浮力大小不变，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）由图象可知，物体浸没在水中时的浮力：F_水=G-F_示=3N-1.8N=1.2N，
由阿基米德原理可得F_浮=ρ_水V_排g-----------①，
则物体的体积：V_物=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$；
则物体的密度：
ρ_物=$\frac{m}{{V}_{物}}$=$\frac{G}{{gV}_{物}}$=$\frac{G}{g×\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}}$=$\frac{G}{{F}_{浮}}$×ρ_水=$\frac{3N}{1.2N}$×1.0×10³kg/m³=2.5×10³kg/m³=2.5g/cm³；
（4）小明又将在弹簧测力计下的物块刚好浸没在密度为0.8g/cm³的煤油中，
根据阿基米德原理可得F_油=ρ_油V_排g-------②，
①除以②得：$\frac{{F}_{水}}{{F}_{油}}$=$\frac{{ρ}_{水}}{{ρ}_{油}}$，
即F_油=$\frac{{ρ}_{油}}{{ρ}_{水}}$×F_水=$\frac{0.8×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}$×1.8N=1.44N．
根据浮力产生的原因，物体受到液体向上的压力与向下的压力之差即为浮力大小，因物体刚好浸没在煤油中，故物体上表面受到煤油的压力为0，即F_下表面-0=F_油=1.44N，故物块下表面受煤油的压力为1.44N．
故答案为：（1）排开液体的体积；D；E；
（2）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（或浸没在液体中的物体所受浮力大小与它所处深度无关）；
（3）2.5；
（4）1.44．

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、阿基米德原理及浮力产生的原因等，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．