Question

20．如图是探究物体在液体中所受浮力、压强大小并利用浮力测量物体密度的实验，其中A和B是两个体积相等而密度不相等的圆柱体．

（1）由图中的①和②可知，浮力的大小和圆柱体的密度无关（选填“有”或“无”）．由②③两图可知，浮力的大小和液体的密度有关．③图中，若将绳子剪断，物体将下沉（选填“上浮”“悬浮”或“下沉”）．
（2）在图②和③中，物体B在液体中处于相同的深度，则物体B底部受到液体的压强p₂＜p₃（选填“＞”“=”或“＜”），在图②的基础上，若要增大物体B底部所受水的压强，则应将物体B放入图④（选填①或④）中所处位置．
（3）把物体B浸没在装满水的溢水杯中，将溢出的水全部装入小空桶里．由图中的④和⑤可知，被物体B排开的水的重力是1N，物体B受到的浮力大小等于它排开水的重力（选填“大于”“等于”或“小于”）．利用该实验，还可测量并计算出物体B的密度为3×10³kg/m³．
（4）本实验中，主要采用了控制排开液体的体积不变．

Answer 1

分析 （1）由①、②称重法求出浮力，控制液体密度、排开液体体积相同，分析浮力与物体密度的关系；由图中的②和③可知，由称重法求浮力，物体密度不变，排开液体的体积相同，分析浮力与液体密度的关系；对物体受力分析，判定剪断绳子后合力的方向；
（2）根据B物体在②③中的浮力不同知液体的密度不同，根据P=ρ_液gh比较杯底受到的液体压强大小；在液体密度不变时，增加深度可以增大压强；
（3）物体排开液体的重力，由阿基米德原理知，物体受到的浮力等于它排开液体所受的重力．根据G=mg求出合金块的质量，利用密度公式求出合金块的密度．
（4）本实验用到了控制变量法，控制排开液体的体积不变．

解答 解：
（1）由图中的①、②和题意可知，A物体受到的重力为G_A=2N，B物体受到的重力为G_B=3N，重力不相等，而体积相同，故它们的密度不同；
A受到的浮力为F_A浮=G-F=2N-1N=1N，B受到的浮力为F_B浮=3N-2N=1N，浮力相等；所以物体受到的浮力大小与物体的密度无关；
由图②和③可知，同一物体浸没在不同液体中，图②中受到的浮力F_浮2=G_B-F₂=3N-2N=1N，图③中受到的浮力为F_浮3=G_B-F₃=3N-1.6N=1.4N，可知浮力的大小与液体的密度有关；
若将③图中的绳子剪断，B物体受到的重力大于浮力，故物体下沉；
（2）在图②和③中，物体B在液体中处于相同的深度，因为盐水的密度大于水的密度，所以根据p=ρgh知，物体B底部受到液体的压强p₂ 小于p₃；
根据p=ρgh可知，在液体密度相同时，深度越深，压强越大，故若要增大物体B底部所受水的压强，则应将物体B放入更深的深度，即图④的位置；
（3）由图④、⑤可知，物体B排开的水的重力G_排=G_水和桶-G_桶=1.4N-0.4N=1N，
物体B受到的浮力F_浮=G_B-F₄=3N-2N=1N，则F_浮=G_排，
由此可知物体B受到的浮力等于B排开水的重力．
物体B的质量：m=$\frac{G}{g}$=$\frac{3N}{10N/kg}$=0.3kg；
因为B浸没入水中，所以B的体积：V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1×10^-4m³，
B的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.3kg}{1×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=3×10³kg/m³；
（4）本实验用到了控制变量法，主要控制了排开液体的体积不变，改变液体的密度．
故答案为：（1）无；②③；下沉；（2）＜；④；（3）1；等于；3×10³；（4）排开液体的体积．

点评 本题考查了探究影响浮力大小的因素，应用的探究方法是控制变量法，是一道常见题型．