Question

4．喜欢书法的小明同学用压纸石块设计了如下测量与探究活动，如图所示：

（1）小明在学校用天平和量筒测量压纸石块的密度：
①将托盘天平置于水平桌面上，游码移至零刻度处，发现指针偏向分度盘的右侧，他应将平衡螺母向
左 （选填“左”或“右”）调，直至横梁平衡；
②将石块放在天平的左 （选填“左”或“右”）盘，在另一盘中增减砝码并移动游码，直至横梁再次平衡，此时砝码和游码如图a所示，则石块的质量m=53.4g；
③他在量筒中装入40 mL的水，将石块缓慢浸没在水中，如图b所示，则石块的体积V=20 cm³，由密度公式ρ=$\frac{m}{V}$可算出它的密度．
（2）小明回家后用操作方便、精确度高的电子秤和同一块压纸石块，探究“影响浮力大小的因素”．
①他将搅匀的糖水装入柱形杯中，置于电子秤上，如图c所示； 
②用体积不计的细线系好石块，缓慢浸入糖水至刚好浸没，电子称示数逐渐增大，则糖水对杯底的压力
逐渐增大 （选填“逐渐增大”、“保持不变”或“逐渐减小”），说明石块所受浮力大小与排开液体的体积有关．如图d所示位置，石块所受浮力大小为0.214N；
③他将石决沉入杯底，松开细线，如图e所示，便开始书写探究报告：
④完成探究报告后，他将石块从糖水中慢慢提起．细心的小明发现石块离开杯底至露出液面前，电子秤示数一直减小，这说明石块在放置一段时间的糖水中所受浮力的大小与浸没深度有关 （选填“有关”、“无关”），造成这个结果的主要原因可能是放置一段时间后不同深度的糖水密度不均匀．

Answer 1

分析 （1）通过指针偏转的方向，来移动平衡螺母．指针右偏，天平的右端下沉，平衡螺母向相反的方向移动．
物体的质量=砝码的质量+游码对应的刻度值；
量筒分度值为1ml，读出量筒示数由此得出物体的体积；
（2）浮力与液体密度和物体浸没在液体中的体积有关，探究中应运用控制变量法；根据增大的压力计算浮力的大小．

解答 解：
（1）①天平放在水平桌面上，游码移到标尺左端的零刻度，指针偏向分度盘的右侧，天平的右端下沉，应将平衡螺母向相反的左侧移动．
②物体石块放在天平的左盘里，砝码放在右盘里，由图b知小石块的质量：m=50g+3.4g=53.4g，
③由图c知，量筒分度值1mL，所以石块的体积V=60ml-40ml=20ml=20cm³；
（2）②石块逐渐浸入糖水中，排开糖水体积逐渐增大，受到糖水浮力增大，因为力的作用是相互的，所以石块对糖水有向下力的作用逐渐增大，所以糖水对杯底压力增大，这说明石块受到的浮力与排开液体的体积有关；
比较分析实验步骤c、d中电子秤的读数，从c～d读数越来越大，得出的结论是：在排开液体的密度不变的情况下，物体受到的浮力与物体排开液体的体积有关；
浮力大小为：F_浮=G_排=m_排g=（421.4g-400.0g）×10^-3×10N/kg=0.214N；
④由题知，石块从糖水中慢慢提起，石块离开杯底至露出液面前，电子秤示数一直减小；
在该过程中，电子秤的示数等于容器和糖水的总重再加上石块对糖水的压力（该压力等于浮力），电子秤示数减小，说明石块受到浮力也减小了，由此说明石块在放置一段时间的糖水中所受浮力的大小与浸没深度有关；
石块离开杯底至露出液面前浸没在糖水中，探究浮力与浸入深度的关系控制了石块浸入液体体积不变，所以造成得到这个结果的原因可能是放置一段时间后不同深度的糖水密度不同．
故答案为：（1）①左；②左；53.4；③20；（2）②逐渐增大；排开液体的体积；0.214；④有关；放置一段时间后糖水密度分布不均匀．

点评 本题中以生活中见的器材和材料做探究实验，在只有测质量工具的条件下，涉及测量物体体积和密度的方法，重点考查了影响浮力大小的因素、控制变量法和对测量结果的评估能力．掌握基础知识是关键．