Question

1．在探究“浮力大小與哪些因素有關”的實驗中，有同學猜想“浸在液體中的物體受到的浮力大小可能與物體排開液體的體積有關”，在老師指導下，小強找來一個金屬圓柱體、彈簧測力計、細繩和燒杯等器材進行了如圖1所示的實驗．

（1）分析圖1中彈簧測力計示數的變化可知，物體排開液體的體積越大，所受的浮力越大．
（2）實驗結束后，小明繪制了彈簧測力計對金屬圓柱體的拉力和金屬圓柱體所受浮力隨浸入液體深度變化的曲線，如圖2所示．（ρ_水=1.0×10³kg/m³，取g=10N/kg）
分析圖象可知：
①曲線a（選填“a”或“b”）描述的是金屬圓柱體所受浮力的變化情況．
②該金屬圓柱體所受的重力為2.7　N，金屬圓柱體的密度為2.7×10³kg/m³．
（3）完成上述實驗后，該同學還想知道物體所受液體的浮力大小是否與液體的密度是否有關，現給你一杯鹽水，并利用已有的實驗器材，請你幫助小強同學設計一個實驗進行探究，簡要寫出實驗步驟及論證方法．（要求合適的符號表示測量的物理量）

Answer 1

分析 （1）浸在液體中的物體受到液體的浮力，浮力大小等于重力與彈簧測力計的拉力之差，重力不變，浮力是否變化通過拉力是否變化得出；
（2）①讀懂圖象中物體受到的拉力（浮力）與所在水的深度的關系，就能做出正確的選擇；
②由圖象可知，當物體所在水的深度為h=0，也就是沒有與水接觸時，彈簧測力計的示數等于物體的重力；已知重力，可以得到物體的質量；當物體完全浸沒時，根據阿基米德原理，利用公式V_物=V_排得到物體的體積；已知物體的質量和體積，可求其密度；
（3）要探究浮力與液體密度的關系，要保持物體排開不同液體的體積一定，根據彈簧測力計的示數，比較浮力與密度的關系．

解答 解：（1）由圖知，隨著物體浸入水中體積的增大，彈簧測力計的示數逐漸減小，說明物體受到的浮力不斷增大；
（2）①圖象a表示的是隨物體浸入液體深度的增大，物體受到的浮力開始越來越大，最后保持不變；圖象b表示的是隨物體浸入液體深度的增大，物體受到的拉力開始越來越小，最后保持不變．所以描述浮力與深度關系的是a；
②由圖象知，物體的重力為G=2.7N，浸沒時受到的浮力大小F_浮=1.0N，根據阿基米德原理，
V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.0}{{10}^{3}kg{/m}^{3}×10N/kg}$=10^-4m³，因浸沒，V_物=10^-4m³，所以，
物體的密度ρ=$\frac{G}{{gV}_{物}}$=$\frac{2.7N}{10N/kg{×10}^{-4}{m}^{3}}$=2.7×10³kg/m³；
故答案為：
（1）越大；
（2）①a；②2.7；2.7×10³；
（3）步驟：①用細線拴住金屬圓柱體，懸掛在彈簧測力計下，測出金屬圓柱體的重力G；
②將金屬圓柱體完全浸沒在清水中，讀出此時彈簧測力計的示數F₁；
③將金屬圓柱體完全浸沒在鹽水中，讀出此時彈簧測力計的示數F₂；
論證：比較F₁和F₂的大小，若相等，則物體所受浮力的大小與液體密度無關；
若不相等，則說明物體所受浮力的大小與液體密度有關．

點評 物體受到的浮力與排開液體的體積大小有關，與所處的深度無關．當物體接觸液面不斷向下過程中，深度的增大同時，排開液體的體積也是增大的，這才是浮力增大的根本原因．