Question

9．如图1所示是探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验，根据此图回答下列问题．

（1）分析比较图1①②，物体放入水中后，弹簧测力计的读数将变小（选填：变大、变小）．
（2）将同一钩码放在图1③的另一种液体中，发现弹簧测力计读数变得更小，说明此液体的密度比水的密度大（选填：大、小）．比较②③可得出浮力大小与液体的密度有关．
（3）某金属块挂在弹簧测力计上，将金属块从空气中慢慢浸入密度为ρ的液体中，直到金属块接触容器底为止．图2给出了弹簧测力计示数 F与金属块浸入液体前后高度（或深度）h的关系图线．则金属块的质量m=$\frac{{F}_{1}}{g}$，金属块的体积V=$\frac{{F}_{1}-{F}_{2}}{ρg}$，金属块的密度ρ_金=$\frac{{F}_{1}}{{F}_{1}-{F}_{2}}$ρ（用图中的字母及g表示上述各物理量）．

Answer 1

分析 （1）分析图1中的①②，对钩码进行受力分析，根据平衡力判断弹簧测力计的读数变化情况；
（2）由②③中钩码都浸没在液体中，所以V_排相同，分析图1③中钩码受力，通过弹簧测力计读数更小，说明钩码受到的浮力更大，由此可知这是探究浮力与液体密度关系的；
由F_浮=ρ_液gV_排可知③中液体的密度与水的密度关系；
（3）金属块从空气中慢慢浸入密度为ρ的液体中，由图象分析0-h₁、h₁-h₂以及浸入深度达到h₂三段的含义．
根据G=mg得出金属块质量；
由浸没时的浮力计算出金属块的体积，从而求得金属块的密度．

解答 解：
（1）由图1中①图，钩码受到重力和弹簧测力计拉力，且这两个力是一对平衡力，所以弹簧测力计示数F₁=G；
由②图，钩码受到重力，弹簧测力计拉力和水对钩码的浮力，这三个力平衡，则F₂+F_浮=G，所以F₂=G-F_浮．由此F₂＜F₁，即弹簧测力计变小．
（2）由②③图，钩码分别浸没在水和另一液体中，钩码排开液体的体积相同，而液体种类不同，液体密度不同，弹簧测力计读数不同，由F_浮=G-F_示，可知钩码受到的浮力不同，说明浮力大小与液体的密度有关；弹簧测力计读数变得更小，说明钩码受到的浮力更大，由F_浮=ρ_液gV_排可知ρ_液＞ρ_水．
（3）金属块挂在弹簧测力计上，将金属块从空气中慢慢浸入密度为ρ的液体中，由图象可知：
0-h₁弹簧测力计示数不变，这段表示金属块未浸入液体中，所以F₁=G，所以金属块的质量m=$\frac{{F}_{1}}{g}$；
h₁-h₂弹簧测力计示数变小，这段表示金属块逐渐浸入液体中；
浸入深度达到h₂之后弹簧测力计示数不变，这段表示金属块浸没入液体中，所以F₂+F_浮=G．
由此可知：F₁=F₂+F_浮，
浸没时金属块受到的浮力：F_浮=F₁-F₂，
由F_浮=ρgV_排，
所以金属块的体积V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{ρg}$=$\frac{{F}_{1}-{F}_{2}}{ρg}$，
所以金属块的密度ρ_金=$\frac{m}{V}$=$\frac{G}{Vg}$=$\frac{{F}_{1}}{\frac{{F}_{1}-{F}_{2}}{ρg}×g}$=$\frac{{F}_{1}}{{F}_{1}-{F}_{2}}$ρ．
故答案为：（1）变小；（2）大；密度；（3）$\frac{{F}_{1}}{g}$；$\frac{{F}_{1}-{F}_{2}}{ρg}$；$\frac{{F}_{1}}{{F}_{1}-{F}_{2}}$ρ．

点评 在探究浮力影响因素的实验要能熟练应用控制变量法、分析清楚图示实验情景是正确解题的关键．
计算金属块的密度是本题的难点，关键是根据表格中数据得出物体浸没时的浮力，从而求出物体的体积．