Question

6．某小組同學(xué)探究“浸在水中時(shí)，物體所受浮力的大小”．

（1）①首先，他們進(jìn)行“比一比，誰(shuí)的小船貨物裝得多”的活動(dòng)，裝載貨物前后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖所示．請(qǐng)你仔細(xì)觀察、比較圖（a）和（b），并簡(jiǎn)要描述相關(guān)現(xiàn)象：小船浸入深度增大、排開水增多、容器中水面升高．
由此，三位同學(xué)提出了不同的猜想A、B和C．
猜想A：浮力的大小跟物體浸入水中的深度有關(guān)．
猜想B：浮力的大小跟物體排開水的多少有關(guān)．
猜想C：浮力的大小跟物體所受重力的大小有關(guān)．
②接著，該小組同學(xué)利用彈簧測(cè)力計(jì)、溢水杯、小桶（不計(jì)重力）、水等器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．他們先在可密封的圓柱體內(nèi)裝一些小鉛粒，然后用細(xì)線將圓柱體懸掛在測(cè)力計(jì)下．當(dāng)此圓柱體分別在空氣中和水中不同的深度處保持靜止時(shí)，測(cè)力計(jì)的示數(shù)和小桶中的水量如圖所示．他們通過(guò)思考圖中“測(cè)力計(jì)示數(shù)變化的原因”，得到浮力測(cè)量的方法．
根據(jù)圖（c）和（d）所示的測(cè)力計(jì)示數(shù)、小桶中水量等變化情況，可排除猜想A（選填“A”、“B”或“C”）；
在猜想B的基礎(chǔ)上（選填“A”、“B”或“C”），進(jìn)一步分析并形成假設(shè)D：物體在水中所受浮力的大小等于它排開水的重力． 
③為了驗(yàn)證假設(shè)D，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，他們記錄了圓柱體在空氣中、水中靜止時(shí)的測(cè)力計(jì)示數(shù)F和小桶所收集的排開水的重力G_排，其部分?jǐn)?shù)據(jù)見表一，則該柱體的重力為3.2N．隨后，他們又在該圓柱體添加了若干鉛粒，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，其部分?jǐn)?shù)據(jù)見表二．
（2）①分析、比較表一或表二的數(shù)據(jù)，初步驗(yàn)證假設(shè)D是正確．（選填“正確”或“錯(cuò)誤”）
②分析、比較表一和表二的數(shù)據(jù)，可得出其它的初步結(jié)論是物體所受浮力的大小跟該物體所受重力的大小無(wú)關(guān)．
③如果在上述表二對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中所用的圓柱體是一個(gè)實(shí)心的圓柱體，請(qǐng)你根據(jù)表二的數(shù)據(jù)計(jì)算出改圓柱體的密度可能為3.8×10³kg/m³
       表一                                        

實(shí)驗(yàn) 序號(hào)	F （牛）	G排 （牛）
1	3.2	0
2	2.8	0.4
3	2.4	0.8
4	2.0	1.2
5	2.0	1.2

表二

實(shí)驗(yàn) 序號(hào)	F （牛）	G排 （牛）
6	4.6	0
7	4.0	0.6
8	3.6	1.0
9	3.4	1.2
10	3.4	1.2

Answer 1

分析 （1）仔細(xì)觀察、比較圖1（a）和（b），從水面高度變化、小船浸入深度、排開水的多少幾個(gè)方面可對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行描述；
（2）圖2（c）和（d）所示的測(cè)力計(jì)示數(shù)相同、小桶中水量沒有變化，只是物體浸沒的深度不同，說(shuō)明浸沒深度對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)沒有影響，據(jù)此可排除猜想A；
猜想B中指出浮力的大小跟物體排開水的多少有關(guān)，我們進(jìn)一步推理，排開水的多少反映了浮力的大小，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)找出兩者的數(shù)量關(guān)系，從而得出假設(shè)D；
（3）表一中物體的重力為3.2N，減去它每次的彈簧測(cè)力計(jì)拉力，就是浮力的大小，再與G_排進(jìn)行比較，可得出二者的大小關(guān)系；
（4）根據(jù)表格中數(shù)據(jù)計(jì)算出物體完全浸沒時(shí)所受的浮力，根據(jù)V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{液}g}$計(jì)算出物體的密度，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{G}{gV}$計(jì)算出物體的密度．

解答 解：
（1）①觀察、比較圖1（a）和（b），可以看出，當(dāng)在小船中放入重物后，主要現(xiàn)象有：小船浸入深度增大、排開水增多、容器中水面升高；
②觀察圖2（c）和（d）中的測(cè)力計(jì)示數(shù)、小桶中水量等變化情況可知，測(cè)力計(jì)示數(shù)不變，小桶中水量不變，因此可說(shuō)明浮力的大小與物體浸沒的深度無(wú)關(guān)，故可排除猜想A；
在猜想B的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析可得出物體在水中所受浮力的大小跟物體排開水所受重力的關(guān)系，因此可形成假設(shè)D：浮力的大小等于它排開的水所受的重力；
③圓柱體浸入水中前，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)即為該柱體的重力為3.2N；
（2）①根據(jù)稱重法F_浮=G-F_拉，可依次求出每次物體浸入時(shí)所受的浮力，如序號(hào)2所受浮力=3.2N-2.8N=0.4N，與G_排相比較可以看出，二者的大小是相同的．同樣的方法可分析表一、表二中的其他數(shù)據(jù)，也可以得出相同的結(jié)論．因此，初步驗(yàn)證假設(shè)D是正確的；
②表一與表二的實(shí)驗(yàn)條件變化還有就是將物體的重力增大了，在排開水的體積不變的情況下，我們發(fā)現(xiàn)，物體的重力大小對(duì)浮力并沒有造成影響，因此，可得出初步的結(jié)論：在水中物體所受浮力的大小跟該物體所受重力的大小無(wú)關(guān)．
③由第10次實(shí)驗(yàn)知，當(dāng)物體完全浸沒時(shí)，F(xiàn)_浮=1.2N；
V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.2N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.2×10^-4m³；
圓柱體的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{G}{gV}$=$\frac{4.6N}{10N/kg×1.2×1{0}^{-4}{m}^{3}}$≈3.8×10³kg/m³．
故答案為：
（1）①小船浸入深度增大、排開水增多、容器中水面升高；
②A； B； 它排開水的重力；
③3.2；
（2）①正確；
②體所受浮力的大小跟該物體所受重力的大小無(wú)關(guān)；
③3.8×10³．

點(diǎn)評(píng) （1）在觀察現(xiàn)象時(shí)應(yīng)從水面的變化、小船浸入的深度、排水的多少等方面全面描述；
（2）在分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)控制變量法的要求，明確變量與不變量是哪些，再通過(guò)觀察所研究的量對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的影響最終做出判斷；
（3）浮力的大小可通過(guò)稱重法依次求出，通過(guò)比較浮力的大小與排開水的重力的大小可得出第一個(gè)問(wèn)題的結(jié)論；而從表一到表二的變化，應(yīng)重點(diǎn)注意是物體的排水體積沒變，只是物體自身重力改變了，而這一變化不會(huì)對(duì)浮力的大小造成影響．