Question

15．在探究“浮力的大小等于什么”的实验中：

（1）小明同学用如图1所示器材，进行了如图所示的操作：
a．测出铁块所受的重力G铁
b．将水倒入溢水杯中
c．把铁块浸入溢水杯中，读出测力计示数F
d．测出小桶和被排开水的总重G
e．记录分析数据，归纳总结实验结论，整理器材
分析评估小明的实验，指出存在的问题（指出两点即可）
①没有测量小桶重
②溢水杯中没有装满水
（2）之后小明又找来一个大容器，并且在底部放了一个边长为10cm的正方体物块，然后逐渐向容器中倒水（始终未溢出）．通过测量容器中水的深度h，分别计算出该物块所受到的浮力F_浮，并绘制了如图2所示的图象．请解答下列问题
①分析图象可知，水的深度由0逐渐增加到8cm的过程中，物块受到的浮力增大（选填“增大”或“减小”、“不变”）；
②水深10cm时水对容器底的压强是1×10³Pa；
③当容器中水深超过8cm后，物块的状态是漂浮；
④物块的密度是0.8×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）把重物放入溢水杯前，溢水杯应装满水，否则溢出的水小于物体受到的浮力；小桶中的水重等于小桶和水的总重减去小桶重，所以先要测出小桶的重力．
（2）①观察图象中一开始的变化趋势可以看出，浮力在逐渐增大．
②利用p=ρgh即可求出水对容器底的压强；
③从图象看，当水深达到8cm后，物块的浮力不再增加，比较水深与物块的边长可以看出它此时的浮沉状况；
④确定了物块漂浮，便可根据图中的浮力得出物块的重力，再利用密度公式即可求出物块的密度．

解答 解：
（1）由题意得，测量小桶和溢出水的总重G之前没有测量小桶重，所以水的重力无法得到；
由图甲可知，溢水杯中没有装满水，溢水杯中的水量不足，物体排出的水的重力小于物体受到的浮力．
（2）读图可知，水深从0逐渐增加到8cm的过程中，物块所受浮力是越来越大的；
②水深10cm时水对容器底的压强p=ρgh=1×10³kg/m³×10N/kg×0.1m=1×10³Pa；
③图中当水深增至8cm以后，浮力不再变化，且此时的水深小于物块的边长10cm，因此，说明物块处于漂浮状态；
④因为物块漂浮，所以G=F_浮=8N，
则物块的密度ρ_物=$\frac{m}{V}$=$\frac{G}{{a}^{3}g}$=$\frac{8N}{（0.1m）^{3}×10N/kg}$=0.8×10³kg/m³．
故答案为：（1）①没有测量小桶重；②溢水杯中没有装满水；
（2）①增大；②1×10³；③漂浮；④0.8×10³kg/m³．

点评 ①本题是一道探究浮力大小的实验，探究浮力大小实验是一个基本的、重要的实验，一定要掌握，掌握二次称量法测物体所受浮力的方法，知道物体受到的浮力与所处深度无关．
②阅读图象，从中获取有用的数据是本题解决的关键．其中通过比较水深与物块边长判断物块的浮沉状况，决定了能否顺利求出物块密度，值得我们学习与借鉴．