Question

1．某小組同學(xué)研究金屬球在水中受到浮力的大小時，提出不同的猜想．猜想Ⅰ：金屬球在水中所受的浮力F_浮跟金屬球的密度有關(guān)；猜想Ⅱ：金屬球在水中所受的浮力F_浮跟金屬球浸入水中的深度有關(guān)．于是他們將半徑均為5厘米但密度不同的金屬球甲、乙分別掛在測力計下，將其逐步浸入水中進行實驗．他們通過測出球心到水面的距離h來表示金屬球浸入水中的深度、并讀出相應(yīng)的測力計示數(shù)F且計算得出F_浮，實驗數(shù)據(jù)如表一、二所示．
表一  金屬球甲   ρ_甲=3.0×10³千克/米³

實驗序號	1	2	3	4	5	6
球心到水面的距離h（厘米）	5	2	0	2	5	8
測力計示數(shù)F（牛）	15.7	14.6	13.1	11.6	10.5	10.5
金屬球所受的浮力F浮（牛）	0	1.1	2.6	4.1	5.2	5.2

表二  金屬球乙   ρ_乙=6.0×10³千克/米³

實驗序號	7	8	9	10	11	12
球心到水面的距離h（厘米）	5	2	0	2	5	6
測力計示數(shù)F（牛）	31.4	30.3	28.8	27..3	26.2	26.2
金屬球所受的浮力F浮（牛）	0	1.1	2.6	4.1	5.2	5.2

①該小組所進行的序號為1、7實驗的示意圖是圖中的a．（選填“a”或“b”）
②分析比較實驗序號2～5或8～11的實驗數(shù)據(jù)及相關(guān)條件，可初步得出的結(jié)論是：同一金屬球浸入水中的深度增加時，所受水的浮力增大．
③分析比較實驗序號2和8、3和9、4和10或5和11的實驗數(shù)據(jù)及相關(guān)條件，可初步得出的結(jié)論是：浸入水中深度相等時，半徑相同、密度不同的金屬球所受浮力的大小相等，由此可知，金屬球在水中所受的浮力F_浮跟金屬球的密度無關(guān)．
④該小組同學(xué)分析實驗序號6和12的實驗數(shù)據(jù)及相關(guān)條件后發(fā)現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)與第②小題的結(jié)論矛盾，通過仔細分析他們發(fā)現(xiàn)實驗序號2～5或8～11中金屬球浸入水中深度增加的同時排開水的體積也在增加，而實驗序號6和12中金屬球在水中深度增加但排開水的體積不變，所以他們猜想浮力F_浮跟物體排開液體體積有關(guān)而與物體浸沒的深度無關(guān)．
⑤為驗證第④小題的猜想，他們最需要添加的實驗器材是：與甲（或乙）半徑不同的金屬球．（選填“半徑”、“密度”或“質(zhì)量”）

Answer 1

分析 ①根據(jù)表格中1、7數(shù)據(jù)浮力的大小關(guān)系得出結(jié)論；
②分析比較實驗序號2～5或8～11的實驗數(shù)據(jù)中浮力的大小變化，得出浮力大小與物體浸在液體中深度的關(guān)系；
③分析比較實驗序號2和8、3和9、4和10或5和11的實驗數(shù)據(jù)中小球的密度發(fā)生了變化，浸在水中的體積相同，根據(jù)浮力的大小關(guān)系得出結(jié)論；
④根據(jù)以上結(jié)論中影響浮力大小的因素選擇合適的選項．

解答 解：①由1、7數(shù)據(jù)知，兩金屬球受到的浮力均為零，說明此時物體還沒有浸入到水中，應(yīng)為（a）圖所示的情況；
②2～5或8～11的實驗數(shù)據(jù)，浸入水中的深度逐漸增加，隨著深度的增加，排開水的體積逐漸增大，受到的浮力逐漸增大；
③分析比較實驗序號2和8、3和9、4和10或5和11的實驗數(shù)據(jù)及相關(guān)條件，球浸入水中的深度相同，球的密度不同，但受到的浮力相同，可知當浸入水中深度相等時，半徑相同、密度不同的金屬球所受浮力的大小相等；
④2～5或8～11的實驗數(shù)據(jù)，浸入水中的深度逐漸增加，隨著深度的增加，排開水的體積逐漸增大，受到的浮力逐漸增大；實驗序號6和12中金屬球在水中深度增加，但排開水的體積不變，所以其浮力不變；
⑤根據(jù)②③可知，浮力大小與排開液體的體積有關(guān)，與物體的密度、質(zhì)量無關(guān)，所以要探究金屬球在水中所受到的浮力跟哪些因素有關(guān)，應(yīng)換用不同體積的金屬球進行實驗，即半徑不同的金屬球．
故答案為：①a；
②增大；
③浸入水中深度相等時，半徑相同、密度不同的金屬球所受浮力的大小相等；
④排開水的體積；排開水的體積不變；
⑤半徑．

點評 根據(jù)F_浮=ρ_液gV_排，浮力大小與液體的密度和排開液體的體積有關(guān)，此題不像以往的實驗，直接探究浮力的影響因素，而是通過實驗數(shù)據(jù)的分析，逐步向影響因素遞進，在分析過程中，要注意控制變量法的應(yīng)用，通過比較相同點和不同點及相應(yīng)的現(xiàn)象得出結(jié)論．