Question

2．某興趣小組在探究浸在液體中動(dòng)物體所受浮力大小規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，做了如圖所示的實(shí)驗(yàn)，將同一物體A逐漸浸入到密度為ρ₀的液體中，并通過(guò)觀察彈簧測(cè)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(hào)甲、乙、丙可初步得出結(jié)論：當(dāng)液體的密度相同時(shí)，物體排開(kāi)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(hào)甲、丙、丁可初步得出結(jié)論：當(dāng)排開(kāi)液體的體積相同時(shí)，物體所受浮力與浸沒(méi)在液體中的深度無(wú)關(guān)（選填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”）．
（2）由實(shí)驗(yàn)可知A物體的重力為6N，A物體浸沒(méi)在液體中所受的浮力是2N．
（3）同組的小薇同學(xué)繼續(xù)用下面的方法測(cè)出了金屬塊B物體的密度，她具體操作如下：①取邊長(zhǎng)為a的正方體木塊放入裝有適量該液體的燒杯中，待其靜止后用刻度尺測(cè)出有$\frac{2}{5}$高度露出液面，如圖甲所示，則木塊浸入液體中的深度是$\frac{3}{5}$a，木塊底部所受液體的壓強(qiáng)是$\frac{3}{5}$ρ₀ga（以上兩空均用相關(guān)的物理量表示）．
②將B物體放在木塊中央靜止后用刻度尺測(cè)出此時(shí)木塊露出液面的高度為h₁，如圖乙．
③用體積可忽略不計(jì)的細(xì)線將物體B系在木塊中央，放入液體中靜止后測(cè)出此時(shí)木塊露出液面高度h₂，如圖丙．
④則B物體的密度ρ_B=$\frac{（\frac{2}{5}a-{h}_{1}）{ρ}_{0}}{{h}_{2}-{h}_{1}}$（用相關(guān)的物理量表示），實(shí)驗(yàn)結(jié)束后同學(xué)們展開(kāi)了激烈討論，認(rèn)為小薇同學(xué)的操作還是有一些不足，請(qǐng)你說(shuō)出一條不足之處木塊露出液面高度的測(cè)量誤差較大．

Answer 1

分析 （1）分析甲乙丙可得浮力大小與排開(kāi)液體體積的關(guān)系；
要得到浮力大小與物體所在深度的關(guān)系，需使物體排開(kāi)液體的體積和液體的密度相同，根據(jù)測(cè)力計(jì)的示數(shù)得出結(jié)論；
（2）由甲圖得出物體的重力；
讀出浸沒(méi)在液體中時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)，由F_浮=G-F得出物體的浮力；
（3）①根據(jù)物體露出液面的高度得出物體浸沒(méi)在液體中的深度，根據(jù)p=ρ_液gh得出木塊底部所受液體的壓強(qiáng)；
④兩種情況下，木塊與B均漂浮，浮力相等，可知V排相等，從而可得物體B的體積；
由甲、乙兩圖可知，物體B的重力應(yīng)等于木塊浮力的變化，從而可得出物體B的質(zhì)量；
由密度公式得出物體B的密度；
從木塊露出水面高度的測(cè)量誤差分析不足之處．

解答 解：（1）乙、丙，液體的密度相同，物體浸在液體中的體積不同，測(cè)力計(jì)的示數(shù)不同，且V排越大，測(cè)力計(jì)示數(shù)越小，即浮力越大，可得當(dāng)液體的密度相同時(shí)，物體排開(kāi)液體的體積越大，物體受到的浮力越大；
丙、丁液體的密度和物體排開(kāi)液體的體積相同，所在深度不同，測(cè)力計(jì)的示數(shù)相同，由甲、丙、丁可知當(dāng)排開(kāi)液體的體積相同時(shí)，物體所受浮力與浸沒(méi)在液體中的深度無(wú)關(guān)；
（2）由圖甲知，物體的重力G=6N；
由圖丙或丁知，物體浸沒(méi)時(shí)，F(xiàn)=4N，則F_浮=G-F=6N-4N=2N；
（3）①由題意知，木塊靜止后有$\frac{2}{5}$高度露出液面，則木塊浸入液體中的深度是（1-$\frac{2}{5}$）a=$\frac{3}{5}$a；
則木塊底部受到液體的壓強(qiáng)：p=ρ_液g$\frac{3}{5}$a=$\frac{3}{5}$ρ₀ga；
④由題意知，物體B的重力應(yīng)等于木塊增大的浮力，則G_B=△F_浮=ρ_液g△V_排=ρ₀ga²（a-h₁-$\frac{3}{5}$a）=ρ₀ga²（$\frac{2}{5}$a-h₁）；
m_B=$\frac{{G}_{B}}{g}$=$\frac{{ρ}_{0}g{a}^{2}（\frac{2}{5}a-{h}_{1}）}{g}$=ρ₀a²（$\frac{2}{5}$a-h₁）；
乙、丙物體排開(kāi)液體的體積應(yīng)該相同，則V_B=（h₂-h₁）a²；
則ρ_B=$\frac{{m}_{B}}{{V}_{B}}$=$\frac{{ρ}_{0}{a}^{2}（\frac{2}{5}a-{h}_{1}）}{（{h}_{2}-{h}_{1}）{a}^{2}}$=$\frac{（\frac{2}{5}a-{h}_{1}）{ρ}_{0}}{{h}_{2}-{h}_{1}}$；
由圖知，木塊的邊長(zhǎng)較大，而物體B的體積較小，所以乙、丙兩圖相比，木塊露出液面的高度變化不大，會(huì)造成測(cè)量誤差較大．
故答案為：（1）大；甲、丙、�。粺o(wú)關(guān)；（2）6；2；（3）①$\frac{3}{5}$a；$\frac{3}{5}$ρ₀ga；④$\frac{（\frac{2}{5}a-{h}_{1}）{ρ}_{0}}{{h}_{2}-{h}_{1}}$；木塊露出液面高度的測(cè)量誤差較大．

點(diǎn)評(píng) 本題是探究浸在液體中的物體所受浮力大小規(guī)律的實(shí)驗(yàn)，分析時(shí)，注意控制變量法的應(yīng)用，（3）是本題的難點(diǎn)，注意浮力知識(shí)的有關(guān)應(yīng)用，能夠根據(jù)甲、乙得出物體的質(zhì)量，根據(jù)乙、丙得出物體的體積是解決該題的突破點(diǎn)．