Question

3．为了探究浸在液体中的物体所受的浮力跟它排开液体所受的重力的关系，我校八（5）班部分同学进行了如图所示的实验：（圆柱筒测力计每一格表示0.5N）

（1）你觉得合理的实验顺序是丁、甲、乙、丙（或甲、丁、乙、丙）．
（2）图乙所示的步骤中、合金块部分浸入水中时所受的浮力0.5N，该时刻小桶中水所受的重力；若合金块匀速向下移动时不慎碰到烧杯底部，此时合金块所受的浮力小于该时刻桶中水所受的重力．（填“大于”、等于”或“小于”）
（3）他们紧接着想探究漂浮物体所受浮力的大小与排开水所受重力的大小的关系，为了完成该实验，他们至少还要再次使用三 次弹簧测力计．
（4）根据图中的数据可知，合金块的密度是4×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）要先测空桶和石块的重力的重力，然后再把石块没入水中，测出石块受到的拉力，根据称重法求出浮力；最后再测出桶和溢出水的重力得出排开水的重力；
（2）根据称重法求出浮力；若石块碰到烧杯底部，石块所受的浮力会小于排开的水重；
（3）探究漂浮物体所受浮力的大小与排开水所受重力的大小的关系，不需要用弹簧测力计拉着物体放入水中；
（4）根据G=mg求出合金块的质量，根据阿基米德原理求出合金块浸没入水中时排开水的体积即为合金块的体积，利用密度公式求出合金块的密度．

解答 解：（1）合理的实验顺序是：
丁、测出空桶所受的重力；
甲、测出实心合金块所受的重力；
乙、把合金块浸没在装满水的溢水杯中，测出合金块所受的浮力，收集合金块排开的水；
丙、测出桶和排开的水所受的重力．
其中丁和甲的步骤顺序可以颠倒，不影响实验效果．即合理的顺序为：丁、甲、乙、丙（或甲、丁、乙、丙）；
（2）由图中数据可知，合金块受到的浮力：F_浮=2.0N-1.5N=0.5N；
石块匀速向下移动时不慎碰到烧杯底部，石块受到受竖直向下的重力、竖直向上的浮力和烧杯底对它向上的支持力，所以此时石块所受的浮力将小于该时刻桶中水所受的重力．
（3）要探究漂浮物体受浮力的大小与排开水所受重力的大小的关系，把物体直接放入水中即可，不需要用弹簧测力计拉着物体放入水中，其他步骤与（1）相同，因此需要使用弹簧测力计三次．
（4）由图甲合金块的质量：m=$\frac{G}{g}$=$\frac{2kg}{10N/kg}$=0.2kg，
合金块完全浸没时排开水的体积：V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{2N-1.5N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=5×10^-5m³，
合金块的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.2kg}{5×1{0}^{-5}{m}^{3}}$=4×10³kg/m³．
故答案为：（1）丁、甲、乙、丙（或甲、丁、乙、丙）；
（2）等于； 小于；（3）三；（4）4×10³．

点评 本题是一道综合题，综合考查了学生的实验和计算能力，理解阿基米德原理是解答本题的关键．本题中的第（4）问，给了我们提供了一种测量物质密度的方法．