Question

20．小明同學為了探究浮力的大小跟什么因素有關，他利用一個石塊做了如         圖所示的各個實驗．
（1）從圖①②③可以得出的結論是：浮力的大小與物體排開液體的體積有關；
（2）從圖③④可以得出的結論是：浮力的大小與物體浸入液體深度無關；
（3）圖⑤中石塊受到的浮力大小為1.2N；
（4）該石塊的密度為2.5×10³kg/m³．（g取10N/kg）

Answer 1

分析 （1）圖①②③中示數依次減小，從不排開水到排開水越來越多，利用稱重法得出浮力，可比較其大小得出結論；
（2）圖①③④中，③④的示數都小于①，說明都受到了浮力，且浮力相同，再觀察浸沒的深度可得出結論；
（3）圖④中物體所受浮力可根據稱重法的表達式計算得出物體受到的浮力；圖⑤中物體沉到了水底，是否受到了容器底的支持力必須參照圖④來判斷，再根據阿基米德原理，在排水體積不變的情況下，浮力是不應該改變的．
（4）根據阿基米德原理求出石塊排開水的體積，然后利用密度公式求出石塊的密度

解答 解：（1）從圖①②③可以得出，物體部分排開水時的浮力為4N-3.6N=0.4N，物體全部排開水時的浮力為4N-3N=1N，兩次的液體都是水，故可得出：浮力的大小與物體排開液體的體積有關；
（2）從圖③④可以得出，物體完全浸沒時，無論浸沒深度如何，物體受到的浮力是不改變的，故可得出：浮力的大小與物體浸沒的深度無關；
（3）圖④中物體受到的F_浮=G=F=3N-1.8N=1.2N；觀察圖⑤可以看出物體接觸了容器底，通過與圖④比較可以看出，彈簧測力計的示數變小了，說明受到了容器底的支持力的作用，根據阿基米德原理，液體密度相同、排開液體的體積相同，其所受浮力應該是相同的．故圖⑤中物體受到的浮力也是1.2N．
（4）石塊浸沒在水中時受到的浮力F_浮=1.2N，
根據阿基米德原理：F_浮=ρ_水gV_排，
石塊的體積：
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，
因G=mg，
故石塊質量：
m=$\frac{G}{g}$=$\frac{3N}{10N/kg}$=0.3kg；
石塊的密度：
ρ_石塊=$\frac{m}{V}=\frac{0.3kg}{1.2×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=2.5×10³kg/m³．
故答案為：（1）物體排開液體的體積；（2）物體浸入液體深度；（3）1.2；（4）2.5×10³．

點評 浮力的大小與物體排開液體的體積和液體的密度有關，而與物體浸沒的深度無關，這是我們必須明確的基本知識點，浮力的大小可能過彈簧測力計示數的變化得出來，但在最后一次實驗中，如果物體接觸到了容器底則要引起我們的特別注意，因為此時物體又受到了容器底的支持力的作用．