Question

【題目】小含同學在探究影響浮力大小的因素時，做了如圖所示的實驗,請你根據(jù)小含的實驗探究回答下列問題：

(1)實驗步驟C與E的數(shù)據(jù)表明：浮力大小與_________；根據(jù)A與E兩圖所標的實驗數(shù)據(jù)可知：物體浸沒在鹽水中所受的浮力大小為_______N。

(2)小含對ABCD四個步驟分析時，發(fā)現(xiàn)浮力的大小有時與深度有關，有時與深度又無關，對此正確的解釋是浮力的大小隨著排開水的體積的增大而______(選填“增大”、“減小”或“不變”)當物體浸沒在水中后排開水的體積相同，浮力的大小與深度_______(選填“有關"或“無關")。

(3)根據(jù)小含的實驗數(shù)據(jù)可知：物塊A的密度是_________。

(4)若已知容器的底面積是物體底面積的2倍，在步驟B的基礎上往容器中加水使物體剛好全部浸沒，此時水對容器底部的壓強增加了400Pa，所加水的質量為____kg。 (已知彈簧彈力每變化0. 5N，伸長量就變化1cm)

(5)愛物理的小含在學習了浮力這一章之后設計了一個實驗測某金屬塊的密度，如圖所示，實驗器材有小空桶、溢水杯、燒杯、量筒和水,實驗步驟如下：

①讓小空桶漂浮在盛滿水的溢水杯中，如圖甲；

②將金屬塊浸沒在水中，測得溢出水的體積為10mL，如圖乙；

③將燒杯中10mL水倒掉，從水中取出金屬塊，如圖丙：

④將金屬塊放入小空筒，小空筒仍漂浮在水面，測得此時溢出水的體積為23mL，如圖丁，

則被測金屬塊的密度是_______。在實驗步驟③和④中，將沾有水的金屬塊放入小空筒，測出的金屬塊密度將________(選填“偏大”、“不變”或“偏小”)。

Answer 1

【答案】液體密度 2.4 增大 無關 4×103 0.3 3.3 不變

【解析】

第一空．C、E實驗中，物體都浸沒在液體中，控制了物體浸入液體的體積不變，改變了液體的密度，最終彈簧測力計示數(shù)為不同，表明：浮力大小與液體的密度有關。

第二空．A圖物體在空氣中，彈簧測力計示數(shù)為物體的重力，即G=8N；E圖物體浸沒在鹽水中，彈簧測力計示數(shù)為F示=5.6N。根據(jù)稱重法測浮力，物體浸沒在鹽水中受到的浮力為：

F浮=G-F示=8N-5.6N=2.4N。

第三空．由A、B、C可知，當物體浸沒前，物體浸入水中越深，排開水的體積越大，受到的浮力越大。即浮力的大小隨著排開水的體積的增大而增大。

第四空．由A、C、D可知，當物體浸沒在水中后排開水的體積不變，彈簧測力計示數(shù)不變，則浮力不變。說明浮力的大小與深度無關。

第五空．物體重力G=8N，則其質量為：

m===0.8kg。

由A、C或A、D可知，物體浸沒在水中受到的浮力為：

F浮′=8N-6N=2N，

此時物體排開水的體積等于物體體積，根據(jù)阿基米德原理，得：

V=V排===2×10-4m3。

則物體得密度為：

ρ===4×103kg/m3。

第六空．設物體底面積為S、物體在B步驟中浸入水中的深度為h1、露出水面的高度為h2、加水使物體剛好全部浸沒后物體上升高度為h3。B步驟中物體受到的浮力為8N-7N=1N，加水浸沒后受到的浮力為2N，即加水后彈簧測力計示數(shù)減小了1N，因彈簧彈力計每變化0. 5N，伸長量就變化1cm，所以在B步驟的基礎上加水使物體浸沒后，彈簧測力計的彈簧收縮了2cm，即物體上升高度h3=2cm=0.02m。

在B步驟中，物體排開水的體積為：

V排B===1×10-4m3，

則物體此時浸入水中的深度為：

h1=，

物體露出水面的高度h2等于物體總高度（）減去浸入水中的深度，為：

h2=- h1=-=，

則加水后水面上升的高度為：

△h水= h2+ h3=+0.02m，

則水面上升的總體積為：

△V水=2S△h水=2S（+0.02m），

因加入水使物體浸沒后，物體原來露出水面的體V露被水淹沒，所以加入水的體積V水等于水面上升的總體積△V水減去V露：

V水=△V水-V露=△V水-（V-V排B），

則加入水的質量為：

m水=ρ水V水

=ρ水[△V水-（V-V排B）]

= ρ水[2S△h水-（V-V排B）]

= ρ水[2S（+0.02m）-（V-V排B）]

=ρ水（V-V排B +2S×0.02m），

即：

m水=ρ水（V-V排B +2S×0.02m）…………………………①

因加水后水對容器底部的壓強增加了400Pa，其壓強增大是由于壓力增大而導致的，壓力增大量等于加入水的重力與物體受到的浮力增大量之和，因加水后物體浮力增加了1N，則：

△F=G水+△F浮= m水g+1N，

所以：

=，

即：

400Pa=…………………………②

將①、②聯(lián)列解得：

m水=0.3kg。

第七空．因甲圖中水面與溢水口相平，所以乙圖中將金屬塊浸沒在水中，溢出水的體積即為金屬塊體積，即V金=10mL=10cm3。將金屬塊取出放入小筒中，處于漂浮，再溢出23mL水，即從甲圖到丁圖溢出水（排開水）的總體積為V排=10mL+23mL=33mL=33cm3，因小筒在甲圖中本來就漂浮，根據(jù)阿基米德原理，則所以排開水所受的重力即為金屬塊漂浮時受到的浮力，再根據(jù)漂浮條件，該浮力即為金屬塊的重力，所以金屬塊的重力為：

G金===0.33N，

則金屬塊的質量為：

m金===0.033kg。

金屬塊的密度為：

ρ金===3.3×103kg/m3=3.3g/cm3。