Question

12．小明家中有一電子秤，如圖a所示，他想利用電子秤、玻璃杯、石塊、水、細(xì)線進(jìn)行有關(guān)浮力與密度的探究．

（1）如圖b，他將石塊放電子秤上，測出石塊質(zhì)量為36g．
（2）他利用適量的水，細(xì)線進(jìn)行了圖中的c、d、e、f的操作．
由實(shí)驗(yàn)步驟d、e、f可知，浸在水中的石塊所受的浮力與排開的液體的體積有關(guān)；
根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及所學(xué)的物理知識可知，石塊浸沒在水中時(shí)排開水的體積為15cm³，算出石塊的密度為2.4g/cm³．
（3）如果考慮石塊浸入水中后會吸水，則所測得的石塊密度偏大（選填“偏大”、“偏小”或“不變”）．
（4）小明將杯中的水換成相同體積的食用油進(jìn)行了如圖g的操作，取出石塊后，如圖h 所示，對比實(shí)驗(yàn)步驟c、f、g、h可知，石塊受的浮力還與液體密度有關(guān)．
（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，食用油的密度為0.9g/cm³，杯中食用油的體積200cm³，空杯子的質(zhì)量為105g．（不考慮石塊吸入或沾有液體對實(shí)驗(yàn)的影響）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電子秤的示數(shù)讀出石塊的質(zhì)量；
（2）根據(jù)電子秤的示數(shù)和石塊排開的水的體積分析；根據(jù)全部浸沒后石塊排開的水的質(zhì)量可以求出水的體積，即石塊的體積，根據(jù)密度公式求出石塊的質(zhì)量；
（3）考慮石塊的吸水性，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，測出的質(zhì)量偏小，故求出的物體體積偏小，測出的木塊密度偏大；
（4）根據(jù)液體的密度關(guān)系與電子秤示數(shù)變化分析；
（5）根據(jù)密度公式求出食用油的密度；根據(jù)水和玻璃杯的總質(zhì)量、油和玻璃杯的總質(zhì)量及水和油的體積相等，利用密度公式求出體積和空杯子的質(zhì)量．

解答 解：（1）由b可知，石塊質(zhì)量為36g；
（2）石塊浸入水中后，受到豎直向上的浮力，根據(jù)物體間力的作用是相互的，石塊也給水一個(gè)向下的力，故放入石塊后，電子秤的示數(shù)增加；根據(jù)阿基米德原理可知，其增加的示數(shù)等于石塊排開的水的質(zhì)量；實(shí)驗(yàn)步驟d、e、f可知，浸在水中的石塊的體積變大，電子秤示數(shù)變大，即浮力越大，故石塊所受的浮力與石塊排開的水的體積有關(guān)；
石塊全部浸沒后排開的水的質(zhì)量為：m_水=320g=305g=15g；
則石塊的體積即排開的水的體積為：V_水=V=$\frac{{m}_{水}}{{ρ}_{水}}$=$\frac{15g}{1g/c{m}^{3}}$=15cm³；
石塊的密度為：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{36g}{15c{m}^{3}}$=2.4g/cm³；
（3）石塊吸水后浸沒時(shí)排開水的質(zhì)量保持不變，而玻璃杯及水的總質(zhì)量減小，故電子秤的示數(shù)偏小，故求出的木塊的體積偏��；木塊的質(zhì)量不受影響，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$，小李測得的石塊密度應(yīng)該比真實(shí)值偏大；
（4）小明將杯中的水換成相同體積的食用油進(jìn)行了如圖g的操作，取出石塊后，如圖h 所示，則石塊排開的油的質(zhì)量為：m'=298.5g-285g=13.5g，與15g不相等，故石塊受的浮力還與液體密度有關(guān)；
（5）食用油的密度為：ρ_油=$\frac{m'}{V}$=$\frac{13.5g}{15c{m}^{3}}$=0.9g/cm³；
設(shè)杯子的質(zhì)量為m_杯，由水的體積與油的體積相等得：$\frac{{m}_{水總}}{{ρ}_{水}}$=$\frac{{m}_{油總}}{{ρ}_{油}}$，即$\frac{305g{-m}_{杯}}{1g/c{m}^{3}}$=$\frac{285g-{m}_{杯}}{0.9g/c{m}^{3}}$，帶入數(shù)據(jù)，解得：m_杯=105g；
油的體積為：V=$\frac{{m}_{油總}}{{ρ}_{油}}$=$\frac{285g-105g}{0.9c{m}^{3}}$=200cm³；
故答案為：（1）36；（2）排開的液體的體積；15；2.4；（3）偏大；（4）液體密度；（5）0.9；200；105．

點(diǎn)評 本題中以生活中見的器材和材料做探究實(shí)驗(yàn)，在只有測質(zhì)量工具的條件下，涉及測量物體體積和密度的方法，重點(diǎn)考查了影響浮力大小的因素、力的平衡、控制變量法和對測量結(jié)果的評估能力，并能嘗試改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案的能力．此題綜合性強(qiáng)，難度大，屬于壓軸題．