题目内容

3．在“探究浮力大小与排开液体所受重力的关系”实验中，小明利用弹簧测力计、石块、水、大烧杯和小桶等器材进行如图所示的四次测量：
（1）图中实验步骤的合理顺序是ADBC或DABC．
（2）在A、B、C、D的四次测量中，正确操作，测力计的示数分别为F1、F2、F3、F4，则石块密度的表达式：ρ石=$\frac{{F}_{1}{ρ}_{水}}{{F}_{1}-{F}_{2}}$（水的密度用ρ水表示）．
（3）在步骤B的操作中，放入石块前，如果水面没有与溢水杯口相平，测得的浮力F与溢出水的重力G的大小关系：F大于G．
（4）实验结束后，小明对实验进行了如下分析，其中错误的是丙（选填“甲”、“乙”或“丙”）．
甲：在步骤B的操作中，如果只将石块的一部分浸入水中，也能得到正确的结论．
乙：在步骤B的操作中，如果石块碰到容器底且对底部产生压力时，对实验结果有影响．
丙：实验前，没挂重物时弹簧测力计的指针就指在0.2N的位置，如果没有调零就进行了四次测量（均未超过量程），对实验结果有影响．

分析 （1）实验中要先测物体和空桶的重力，然后再将物体浸没在水中，测出拉力，最后测出排出的水和空桶的总重力；
（2）根据阿基米德原理，F浮=G排，即G-F=G总-G桶；
根据F浮=ρ液gV排计算出物体的体积，根据m=$\frac{G}{g}$计算出物体的质量，从而可根据密度公式推导出物体的密度；
（3）认真观察图示，根据阿基米德原理：物体所受浮力等于其排开水的重力，即可做出判断；
（4）根据阿基米德原理，物体受到浮力大小等于排开液体的重力，排开液体的体积越大，受到浮力越大；根据实验测量原理进行分析．

解答 解：（1）要测出排开水的重力，应先测出空桶的重力，所以实验次序应为ADBC或DABC；
（2）根据阿基米德原理，F浮=G排，F浮=F1-F2，G排=F3-F4，所以如果F1-F2=F3-F4，则可得出阿基米德原理；
石块的质量m=$\frac{G}{g}$=$\frac{{F}_{1}}{g}$，
由F浮=ρ液gV排得，石块的体积：V=V排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{{F}_{1}-{F}_{2}}{{ρ}_{水}g}$，
则石块的密度ρ石=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{{F}_{1}}{g}}{\frac{{F}_{1}-{F}_{2}}{{ρ}_{水}g}}$=$\frac{{F}_{1}{ρ}_{水}}{{F}_{1}-{F}_{2}}$．
（3）观察图示可知，烧杯内的水没有盛满，也就是说容器中溢出的水的重力G一定小于石块排开水的重力，根据阿基米德原理可知，物体所受浮力等于其排开水的重力，所以，F＞G．
（4）在步骤B的操作中，将石块的一部分浸入水中，排开水的体积减小，受到的浮力也会减小，同样可以探究浮力大小与排开液体所受重力的关系，故甲正确；
如果石块碰到容器底且对底部产生压力时，弹簧测力计的示数会减小，测量出浮力值会增大，对实验结果造成影响，故乙正确；
实验前测力计未调零，示数为0.2N，四次的测量结果均未超过量程，测量值都会增大0.2N，在计算时，F浮=F1-F2，G排=F3-F4，所以如果F1-F2=F3-F4，同样可以探究浮力大小与排开液体所受重力的关系，不回对实验造成影响，故丙错误．
故答案为：（1）ADBC或DABC；（2）$\frac{{F}_{1}{ρ}_{水}}{{F}_{1}-{F}_{2}}$；（3）大于；（4）丙．

点评 本题是探究阿基米德原理的实验，首先要掌握阿基米德原理的内容，并掌握整个实验过程及应注意的事项，难度不大，但很重点．

练习册系列答案
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