Question

16．某興趣小組在探究浸在液體中的物體所受浮力大小規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，做了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)，將同一物體A逐漸浸入到密度的液體中，并通過觀察彈簧測力計(jì)的示數(shù)的變化規(guī)律，得出以下一些結(jié)論：
（1）分析比較實(shí)驗(yàn)序號甲、乙、丙可初步得出結(jié)論：當(dāng)液體的密度相同時，物體排開液體的體積越大，物體受到的浮力越大；分析比較實(shí)驗(yàn)序號甲、丙、丁可初步得出結(jié)論：當(dāng)排開液體的體積相同時，物體所受浮力與浸沒在液體中的深度無關(guān)（選填“有關(guān)”或“無關(guān)”）．

（2）由實(shí)驗(yàn)可知A物體的重力為6N，A物體浸沒在液體中時所受的浮力是2N．
（3）同組的小明只利用彈簧測力計(jì)、細(xì)線、裝有適量水的小桶，測量鐵礦石的密度．以下是小明設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟，請你按照他的實(shí)驗(yàn)思路，將實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整．
①將裝有適量水的小桶懸掛在彈簧測力計(jì)下方，待小桶靜止時，如圖2甲，讀出該彈簧測力計(jì)的分度值為0.2N，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)F₁=2.0N．
②用細(xì)線拴住鐵礦石，將鐵礦石放入小桶中，手松開細(xì)線，鐵礦石沉入桶底，待小桶靜止時，如圖2乙，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)F₂=3.6 N．
③用手提起細(xì)線，使鐵礦石仍浸沒水中且不接觸桶底和壁，待小桶靜止時，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)F₃=2.2N．
④利用測量出的物理量進(jìn)行計(jì)算，鐵礦石的重力為1.6N；鐵礦石的密度ρ_石=8×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)F_浮=G-F，由彈簧測力計(jì)的示數(shù)確定物體受到的浮力大小，結(jié)合控制變量法，找出不變的量和變化的量，從而確定浮力大小與變化量之間的關(guān)系；
比較甲、丙（或丁），弄清楚不變量和變量，根據(jù)F_浮=G-F得出結(jié)論．
（2）甲圖中，彈簧測力計(jì)示數(shù)即為物體重力的大小；根據(jù)F_浮=G-F求出浮力；
（3）要測量密度必須直接或者間接測量出質(zhì)量和體積，然后用ρ=$\frac{m}{V}$求密度；
明確礦石浸沒水中時，彈簧測力計(jì)測的不只是一桶水的重力，還會受到礦石所受浮力的反作用力，利用阿基米德原理求金屬球受到的浮力，從而求出體積然后代入即可．

解答 解：（1）分析比較實(shí)驗(yàn)序號甲、乙、丙，液體的密度相同時，物體排開液體的體積越大，彈簧測力計(jì)的示數(shù)F越小，根據(jù)F_浮=G-F，則物體受到的浮力越大，由此得出的結(jié)論是：當(dāng)液體的密度相同時，物體排開液體的體積越大，物體受到的浮力越大；
研究物體所受浮力與物體浸沒在液體中的深度的關(guān)系時，應(yīng)控制排開液體的體積和密度相同，改變物體A在液體的深度，所以，應(yīng)分析比較實(shí)驗(yàn)序號甲、丙、丁；已知在丙、丁中，彈簧測力計(jì)的示數(shù)均為4N，根據(jù)F_浮=G-F知，物體受到的浮力不變．可初步得出結(jié)論：當(dāng)排開液體的體積相同時，物體所受浮力與浸沒在液體中的深度無關(guān)；
（2）甲圖中，彈簧測力計(jì)示數(shù)即為物體重力的大小，G=6N；
A物體浸沒在液體中時測力計(jì)的示數(shù)為4N，則A物體浸沒在液體中時所受的浮力F_浮=G-F=6N-4N=2N；
（3）①如圖2甲，讀出該彈簧測力計(jì)的分度值為0.2N，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)F₁=2.0N．
②用細(xì)線拴住鐵礦石，將鐵礦石放入小桶中，手松開細(xì)線，鐵礦石沉入桶底，待小桶靜止時，如圖2乙，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)F₂=3.6 N．
③用手提起細(xì)線，使鐵礦石仍浸沒水中且不接觸桶底和壁．待小桶靜止時，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)F₃=2.2N．
④根據(jù)題意第②步驟可知：
鐵礦石的重力G=F₂-F₁=3.6N-2.0N=1.6N；
因此鐵礦石的質(zhì)量m=$\frac{G}{g}$=$\frac{1.6N}{10N/kg}$=0.16kg；
根據(jù)題意第③步驟可知：
礦石受到的浮力為F_浮=F₃-F₁=2.2N-2.0N=0.2N；
由F_浮=ρ_水gV_排得：
V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.2N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=2×10^-5m³，
所以鐵礦石的密度ρ_石=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.16kg}{2×1{0}^{-5}{m}^{3}}$=8×10³kg/m³．
故答案為：（1）大；甲、丙、��；無關(guān)；（2）6；2；（3）①0.2；②3.6；③用手提起細(xì)線，使鐵礦石仍浸沒水中且不接觸桶底和壁；④1.6N；8×10³kg/m³．

點(diǎn)評 本題考查F_浮=G-F測量浮力的大小、阿基米德原理公式和控制量法的具體運(yùn)用，知道礦石對水的反作用力等于受到水的浮力是本題的關(guān)鍵．