Question

8．某同学在“探究浮力大小与什么因素有关”时，做了如下图所示的实验．根据要求完成下列探究过程：

（1）石块的重力G=3N．
（2）石块浸没在水中后测力计的示数G′=1.6N，由此可得石块所受浮力F_浮=1.4N．
（3）石块排开水所受到的重力G_排=1.4N．
（4）比较F_浮和G_排的大小，可以发现：F_浮=G_排．
（5）该物体的密度是2.1×10³kg/m³（ρ_水=1×10³kg/m³，g=10N/kg）．

Answer 1

分析 （1）读取弹簧测力计的示数时，首先要认清分度值和指针所指示的刻度；
（2）物体在液体中受到的浮力等于在空气中时弹簧测力计的示数减去物体浸没在液体中弹簧测力计的示数；
（3）空桶和石块排开的水总重力减去空桶的重力即为石块排开水所受到的重力；
（4）比较浮力和排开的水的重力可得出答案；
（5）已知石块浸没在水中受到的浮力和水的密度，利用阿基米德原理变形公式得到石块排开水的体积，也就是石块的体积；已知石块的重力，可以得到质量，已知质量和体积，利用公式ρ=$\frac{m}{V}$得到密度．

解答 解：（1）弹簧测力计的分度值为0.2N，指针指在3N刻度上，所以在空气中石块的重力为G=3N；
（2）石块浸入水中后，弹簧测力计的指针指在1N下面第3个小格上，示数为G′=1N+0.2N×3=1.6N，石块在水中所受浮力F_浮=G-G′=3N-1.6N=1.4N；
（3）空桶的重力为0.4N，空桶和石块排开的水总重力为1.8N，所以石块排开水所受的重力G_排=1.8N-0.4N=1.4N；
（4）比较浮力和排开的水的重力发现，二者大小相等，浮力的大小等于排开的水所受的重力，即F_浮=G_排．
（5）由F_浮=ρ_水gV_排，可得，
石块的体积为V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.4N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.4×10^-4_m3，
石块的质量m=$\frac{G}{g}$=$\frac{3N}{10N/kg}$=0.3kg，
石块的密度为ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.3kg}{1.4×1{0}^{-4}{m}^{3}}$≈2.1×10³kg/m³．
故答案为：（1）3；（2）1.6；1.4；（3）1.4；（4）=；（5）2.1×10³．

点评 浸在液体中的物体受到浮力的作用，浮力的大小等于物体排开的液体所受的重力，由本实验可以验证著名的阿基米德原理，同时此题还为我们提供了一种测量密度大于水的固体的密度的方法．