Question

16．某课外小组的同学想探究浸没在液体中的物体受到的浮力大小是否跟其浸没在液面下的深度有关．如图所示，他们将一高6cm的金属圆柱体挂在弹簧测力计下端，并缓缓进入水中（水足够深且水始终未溢出），在圆柱体接触容器底之前，记下圆柱体下表面所处深度和弹簧测力计相应的拉力，容器的底面积为30cm²，实验数据如下所示．（g取10N/kg，${ρ}_{水}=1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}$）

序号	1	2	3	4	5	6	7
深度h/cm	0	2	4	6	8	10	12
拉力F/N	8.1	7.1	6.1	5.1	5.1	5.1	5.1

（1）为了观察圆柱体逐渐浸入水中时所受的浮力大小的变化情况，弹簧测力计吊着圆柱体要匀速、缓慢向下放，使圆柱体处于平衡状态．
（2）圆柱体的重力为8.1N；圆柱体受到的最大浮力是3N．
（3）圆柱体的密度是2.7×10³kg/m³．
（4）由表可知，浮力的大小与物体浸没在液体中的深度无关（选填“有关”或“无关”）．
（5）实验时应先测圆柱体的重力，再将其放入水中测拉力，若先测拉力后测重力，会使浮力的测量结果偏偏大．

Answer 1

分析 （1）当物体处于平衡状态时，物体在拉力、浮力重力作用下平衡，此时弹簧测力计的示数才等于重力减浮力；
（2）测力计在空气中的示数为物体的重力，根据F_浮=G-F计算出浮力的大小；
（3）利用阿基米德原理求圆柱体的体积（排开水的体积），再利用密度公式求圆柱体的密度；
（4）根据表格中深度和测力计示数分析；
（5）通过称重法可以测出物体在水中受到的浮力的大小，若测量顺序颠倒了，则物块从水中拿出时会沾有一部分水，影响实验结果，使结果偏大．

解答 解：（1）弹簧测力计吊着圆柱体要匀速、缓慢向下放，则圆柱体处于平衡状态；
（2）由表格可知，测力计在空气中的示数为物体的重力，即8.1N；物体全部浸入水中时测力计示数为5.1N，所以F_浮=G-F=8.1N-5.1N=3N；
（3）圆柱体的质量：m=$\frac{G}{g}$=$\frac{8.1N}{10N/kg}$=0.81kg；
由F_浮=ρ_水gV_排=ρ_水gV，圆柱体的体积：V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{3N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=3×10^-4m³，
物体的密度为：ρ_物=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.81kg}{3×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=2.7×10³kg/m³．
（4）由表格中的数据可知，当物体全部没入后，随着深度的增加，测力计示数不变，即浮力不变，浮力的大小与物体浸没在液体中的深度无关；
（5）若先测浮力再测重力时，由于物体上面沾有水，所测重力值偏大，根据公式F_浮=G-F，所测浮力也会偏大．
故答案为：（1）平衡；（2）8.1；3；（3）2.7×10³；（4）无关；（5）偏大．

点评 此题是探究影响浮力大小因素的实验，考查了称重法测量浮力应注意的问题及浮力的计算，考查了测力计的读数，还涉及到了平衡状态的分析；通过让学生设计实验探究浮力是否与物体重力有关，考查了控制变量法的应用．