Question

15．為了探究浸在液體中的物體所受的浮力跟它排開(kāi)液體所受的重力的關(guān)系，某同學(xué)進(jìn)行了如圖所示的實(shí)驗(yàn)：

（1）你覺(jué)得合理的實(shí)驗(yàn)順序是丁甲乙丙．
（2）選用其他液體多次實(shí)驗(yàn)后，可得出結(jié)論：浸在液體中的物體所受的浮力，大小等于它排開(kāi)液體所受的重力．
（3）如圖所示合金塊的重力是2.0N，浸沒(méi)在水中時(shí)排開(kāi)水的重力是0.5N．
（4）圖乙中，浸沒(méi)在水中的合金塊勻速向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，合金塊所受的浮力不變（選填“變大”、“不變”或“變�。�．
（5）合金塊的密度是4×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）要先測(cè)合金塊的重力和空桶的重力，然后再把金屬塊沒(méi)入水中，測(cè)出合金塊受到的拉力，根據(jù)稱(chēng)重法求出浮力；最后再測(cè)出桶和溢出水的重力得出排開(kāi)水的重力；
（2）根據(jù)阿基米德原理進(jìn)行解答；
（3）根據(jù)甲圖可得出合金塊的重力；根據(jù)丙和丁可得出排開(kāi)水的重力；
（4）物體所受浮力的大小與排開(kāi)液體的體積和液體的密度有關(guān)，與浸沒(méi)的深度無(wú)關(guān)；
（5）根據(jù)G=mg求出合金塊的質(zhì)量，根據(jù)阿基米德原理求出合金塊浸沒(méi)入水中時(shí)排開(kāi)水的體積即為合金塊的體積，利用密度公式求出合金塊的密度．

解答 解：（1）合理的實(shí)驗(yàn)順序是：
丁、測(cè)出空桶所受的重力；
甲、測(cè)出實(shí)心合金塊所受的重力；
乙、把合金塊浸沒(méi)在裝滿水的溢水杯中，測(cè)出合金塊所受的浮力，收集合金塊排開(kāi)的水；
丙、測(cè)出桶和排開(kāi)的水所受的重力．
（2）由圖中數(shù)據(jù)可知，合金塊受到的浮力：F_浮=2.0N-1.5N=0.5N，
合金塊沒(méi)入水中后排開(kāi)水的重力：G_排水=G_桶和水-G_空桶=1.0N-0.5N=0.5N，
選用其他液體多次實(shí)驗(yàn)后，可得出結(jié)論：浸在液體中的物體所受的浮力，大小等于它排開(kāi)液體所受的重力．
（3）讀圖甲可知，合金塊所受的重力是2.0N；由圖丙和丁可知，浸沒(méi)在水中時(shí)排開(kāi)水的重力是1.0N-0.5N=0.5N；
（4）由阿基米德原理公式F_浮=ρ_液gV_排可知，浮力大小只與液體的密度和排開(kāi)液體的體積有關(guān)．
當(dāng)合金塊浸沒(méi)在水中時(shí)，不論是向下勻速運(yùn)動(dòng)還是向上勻速運(yùn)動(dòng)，只要始終是沒(méi)入水中，則V_排一定，所受浮力不變．
（5）合金塊的質(zhì)量：m=$\frac{G}{g}$=$\frac{2N}{10N/kg}$=0.2kg，
金屬塊完全浸沒(méi)時(shí)排開(kāi)水的體積：V_排=$\frac{{F}_{浮}}{ρg}$=$\frac{0.5N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=5×10^-5m³，
因?yàn)楹辖饓K浸沒(méi)入水中，所以V=V_排=5×10^-5m³，
合金塊的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.2kg}{5×1{0}^{-5}{m}^{3}}$=4×10³kg/m³．
故答案為：（1）丁甲乙丙；（2）浸在液體中的物體所受的浮力，大小等于它排開(kāi)液體所受的重力；（3）2.0；0.5；（4）不變；（5）4×10³．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道綜合題，綜合考查了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算能力，理解阿基米德原理是解答本題的關(guān)鍵．本題中的第5問(wèn)，給了我們一種計(jì)算體積的方法，那就是依據(jù)阿基米德原理利用浮力除以水的密度和g來(lái)計(jì)算．