Question

11．小明利用实验探究浮力大小和哪些因素有关系．他把金属块挂在弹簧测力计上，将 它分别浸入水和酒精中的不同位置，如图所示．
（1）上述四种情况，甲图中金属块所受到的浮力最小．
（2）做丙、丁两次实验，是为了探究浮力大小与液体密度有关．
（3）做乙、丙两次实验，是为了探究金属块浸没在液体中时，受到的浮 力与深度无关．
（4）若已知水和酒精的密度分别是l.0×10³kg/m³、0.8×10³kg/m³，g取10N/kg，则金属块的体积是100cm³．

Answer 1

分析 （1）金属块在液体中受到重力、浮力和弹簧测力计拉力的作用，根据称重法可知：F_浮=G-F_拉；据此解答即可；
（2）丙、丁两图，金属块浸没在液体中，排开液体的体积相同，液体密度不同；
（3）探究浮力与浸没的深度的关系，要控制液体种类、排开液体体积相同；
（4）根据F_浮=G-F_拉和F_浮=ρ_液gV_排分别求出，金属块浸没在水喝酒精中时排开液体的体积，由于物体体积一定，由此即可求出金属块的重力，最后即可根据排开液体的体积求出金属块的体积．

解答 解：（1）同一个金属块挂在弹簧测力计上，根据称重法有F_浮=G-F_拉；由图可知：甲图弹簧测力计的示数最大，则甲图中金属块所受到的浮力最小；
（2）丙、丁两次实验，金属块排开液体的体积和浸没的深度都相同，只有液体的密度不同，因此是探究浮力与液体密度的关系；
（3）探究浮力与深度的关系时，根据控制变量法可知，应控制液体种类和排开液体的体积相同，只改变浸没的深度，符合条件的只有乙、丙；乙、丙弹簧测力计的示数相同，根据F_浮=G-F_拉可知浮力相同，说明：浮力与浸没的深度无关．
（4）由图丙所示可知，金属块完全浸没在水中时受到的浮力：F_浮水=G-4N，
由F_浮=ρ_液gV_排可知，V=V_排水=$\frac{{F}_{浮水}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{G-4N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$；
由图丁所示可知，金属块完全浸没在酒精中时受到的浮力：F_浮酒精=G-4.2N，
由F_浮=ρ_液gV_排可知，V=V_排酒精=$\frac{{F}_{浮酒精}}{{ρ}_{酒精}g}$=$\frac{G-4.2N}{0.8×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$；
则：$\frac{G-4N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=$\frac{G-4.2N}{0.8×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$；
解得G=5N；
则金属块的体积：V=V_排水=$\frac{{F}_{浮水}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{5N-4N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1×10^-4m³=100cm³．
故答案为：（1）甲；（2）液体密度；（3）乙、丙；（4）100．

点评 本题是一道综合题，综合考查了学生的实验和计算分析能力，理解控制变量法和阿基米德原理是解答本题的关键．