Question

（2013?東城區(qū)一模）如圖甲所示為內充氦氣的叮當貓造型的氦氣球，小蘭知道氣球里的氣體會慢慢跑出，所以想研究氦氣球中氦氣體積的減少量△V隨時間△t變化的情況，她利用如圖乙所示的有刻度的杠桿、一個質量m=50g的鉤碼、細線和手表，設計實驗完成了探究．請你寫出實驗步驟，并設計實驗數據記錄表．（提示：氦氣體積的減少量與氣球體積的減少量相等；空氣的密度ρ_空=1.29kg/m³；氦氣的密度約是空氣密度的七分之一，可不考慮其重力）

Answer 1

分析：氦氣體積減少的量無法直接測出，但氦氣體積的減少量與氣球體積的減少量相等可以利用阿基米德原理求出氣球所受浮力的變化，氣球所受浮力的變化可以利用杠桿的平衡條件進行確定，然后密度公式和重力公式確定氦氣球中氦氣體積的減少量△V隨時間△t變化的情況，據此進行解答和設計實驗表格．

解答：解：實驗步驟：
①將杠桿調節(jié)至在水平位置平衡，用細線將氦氣球系在杠桿上距支點為l₀的某條刻線處；
②將鉤碼用細線套在杠桿上，與氣球同側，調節(jié)繩套的位置，直至杠桿再次在水平位置平衡，讀出繩套距離支點的距離l₁，并將l₀、l₁和當時的時間t₁記錄在表格中；
③在t₂時刻觀察杠桿，如仍平衡，適當延長時間間隔；如不平衡，調節(jié)繩套的位置直至再次平衡，記錄繩套距離支點的距離l₂和當時的時間t₂記錄在表格中；
④仿照步驟③，再做5次實驗，把數據t₃-t₇，l₃-l₇記錄在表格中；
⑤根據△t=t₂-t₁，△F_浮1=

mg(l1-l2)

l0

，根據ρ=

m

V

和G=mg可得△V₁=

m(l1-l2)

l0ρ空

，計算并記錄在表格中，按相同方法分別計算出△V₂-△V₆記錄在表格中．
記錄表格：
l₀=（　�。﹎，l₁=（　�。﹎，t₁=（　　）s

t/h
△t/h
l/m
△V/m3

點評：利用杠桿平衡條件得出氦氣體積的減少量△V是解決問題的關鍵環(huán)節(jié)，只有利用平衡條件得出浮力的變化，才能最終得出氦氣體積的減少量△V隨時間△t變化；本題中需要記錄的數據較多，需要我們搞清各數據間的關系，并最終確定表格需要記錄的數據．