Question

15．小明在探究“浮力的大小与什么因素有关”实验中，利用一个金属圆柱体、弹簧测力计和烧杯等器材进行了如图1所示的探究．

（1）图1中金属圆柱体在浸入液体中时测力计的示数变小，说明了物体受到的浮力方向竖直向上；
（2）比较A、B、C、D图能说明浸在同种液体中的物体所受浮力大小与排开液体的体积有关；比较D、E图能说明物体排开相同体积的液体时，所受浮力大小与液体密度有关；比较E、F图能够说明物体浸没在同种液体中，所受浮力大小与深度无关．
（3）实验结束后，小明绘制了弹簧测力计对金属圆柱体的拉力和金属圆柱体所受浮力随浸入水中深度变化的曲线，如图2所示．（ρ_水=1.0×10³kg/m³，取g=10N/kg）分析图象可知：
①曲线a（选填“a”或“b”）描述的是金属圆柱体所受浮力的变化情况．
②该金属圆柱体所受的重力为2.7N，金属圆柱体的密度为2.7×10³kg/m³．
③实验时应先测金属圆柱体的重力，再放入水中测浮力．改变操作先后顺序会使浮力的测量结果偏大（选填“偏大”或“偏小”）．

Answer 1

分析 （1）金属圆柱体在浸入液体中时测力计的示数变小，说明了物体受到一个竖直向上的浮力；
（2）本题探究影响浮力大小的因素，影响浮力大小的因素是液体的密度和物体排开液体的体积．因为影响因素不止一个，所以要采用控制变量法．探究浮力的大小是否与液体密度的关系要保证物体排开液体体积一定，要探究浮力的大小与物体排开液体体积的关系要保证液体的密度一定，要探究浮力的大小是否与物体浸没在液体中深度的关系时要保证液体密度和物体排开液体体积均一定；
（3）①根据浮力大小和排开液体体积之间的关系判断出哪一条图象是浮力变化的图象，哪一条是拉力变化的图象；
②根据拉力变化的图象可知，物体没有浸入到水中前的拉力即为物体的重力G；根据浮力变化的图象可得物体完全浸没时的浮力，根据F_浮=ρ_水gV_排求出物体的体积，再根据G=mg=ρgV求出物体的密度；
③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）图1中金属圆柱体在浸入液体中时测力计的示数变小，说明了物体受到浮力的方向是竖直向上的；
（2）比较A、B、C、D图可知，液体密度相同，物体排开水的体积不同，浮力不同，说明浸在同种液体中的物体所受浮力大小与排开液体的体积有关；
比较D、E两图可知，物体全部浸没在液体中，排开液体的体积相同，液体的密度不同，浮力不同，说明物体排开相同体积的液体时，所受浮力大小与液体密度有关；
比较E、F图可知，液体密度相同，排开液体的体积相同，浸没的深度不同，而物体受的浮力相同，说明物体浸没在同种液体中，所受浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关；
（3）①因为在物体全部浸没前，物体进入到液体中的深度越深．排开液体的体积越大，浮力越大；物体全部浸没后，排开液体的体积不变，根据F_浮=ρgV_排可知，浮力不再变化；所以图象a符合金属圆柱体所受浮力和浸入深度的关系；
②图象b是弹簧测力计对金属圆柱体的拉力变化图象，物体没有浸入到水中前的拉力即为物体的重力G=F=2.7N；
由图象a可知，圆柱体完全浸没后，圆柱体受的浮力为F_浮=1.0N，
由浮力公式F_浮=ρ_水gV_排可知，物体的体积V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.0N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1×10^-4m³，
重力：G=mg=ρgV，则：物体的密度：ρ_物=$\frac{G}{gV}$=$\frac{2.7N}{10N/kg×1×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=2.7×10³kg/m³；
③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）竖直向上；（2）排开液体的体积；液体密度；深度；（3）①a；②2.7；2.7×10³；③偏大．

点评 此题主要考查的是学生对浮力大小与物体排开液体的体积的关系的理解和掌握，读懂图象是解决此题的关键．