Question

20．小宇和同學們做了下面幾個力學實驗，請你和他們共同完成下列實驗．

（1）在“探究浮力的大小與哪些因素有關”時，小宇使用的是如圖甲所示的實驗裝置（物體A為實心長方體），實驗結束后，根據實驗數據繪制了彈簧測力計的示數F與物體A的下表面浸入水中的深度h的關系圖象（如圖乙），根據圖象回答下列問題：
①物體A的重力為1.2N．
②物體A浸沒在水中之前，彈簧測力計的示數隨A的下表面浸入水中深度的增加而減小，這一現象說明浮力與排開液體體積（選填“物體體積”或“排開液體體積”）有關．物體A浸沒在水中后，所受的浮力為1.0N，且保持不變，說明浸沒在水中的物體所受的浮力與它浸沒在水中的深度無關（選填“有關”或“無關”）．
③物體A的密度為1.2×10³kg/m³．
（2）小宇和同學們采用如下方法測量B液體的密度，請你將實驗數據補充完整；
①用天平測出燒杯和B液體的總質量為154.4g；
②將B液體倒入量筒中一部分，讀出量筒內液體體積為10mL；
③測量燒杯和剩余B液體的總質量時，天平平衡后，砝碼和游碼在標尺上所對的刻度值如圖丙所示，量筒中液體的質量為15g，則B液體的密度為1.5g/cm³．
④將B液體倒入量筒中時，不小心使得量筒內壁上濺有少許液體，則測出的密度值將偏大（選填“大”或“小”）．

Answer 1

分析 （1）①根據二力平衡，h=0時，彈簧測力計的示數即為物體的重力；
②根據稱重法，得出浮力的變化關系，因V_排=Sh，A的下表面浸入水中深度的增加即為V_排增加，由此得出結論；
由F_浮=G-F_示求出浸沒時的浮力大小，根據A浸沒時浮力大小保持不變得出與深度的關系；
③根據阿基米德原理，求出物體浸沒在水中時排開水的體積，即物體的體積，故物體的密度可求；
（2）③用燒杯和B液體的總質量為154.4g減去測量燒杯和剩余B液體的總質量即為量筒中液體的質量；根據ρ=$\frac{m}{V}$求液體的密度；
④量筒內壁上濺有少許液體導致測量的液體的體積偏小，根據ρ=$\frac{m}{V}$求出液體的密度偏大；

解答 解：（1）①由圖乙知，h=0時，彈簧測力計的示數F=1.2N，根據二力平衡，物體的重力G=1.2N；
②彈簧測力計的示數隨A的下表面浸入水中深度h的增加而減小，因V_排=Sh，由F_浮=G-F_示可得出：物體A浸沒在水中之前受到浮力與物體排開液體的體積有關；
由圖乙知，水平線表示物體浸沒在水中時彈簧測力計的示數，
故物體浸沒時受到的浮力大小F_浮全=1.2N-0.2N=1.0N，此時浮力大小為1.0N保持不變，說明浸沒在水中的物體所受的浮力與它浸沒在水中的深度無關；
③根據阿基米德原理，V_排=$\frac{{F}_{浮全}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.0N}{{10}^{3}kg{/m}^{3}×10N/kg}$=10^-4m³，因物體浸沒在水中，故V_物=V_排=10^-4m³，物體A的密度ρ_物=$\frac{G}{{gV}_{物}}$=$\frac{1.2N}{10N/kg{{×10}^{-4}m}^{3}}$=1.2×10³kg/m³；
（2）③根據砝碼和游碼在標尺上所對的刻度值，量筒和剩余液體的質量為m₂=100g+20g+10g+5g+4.4g=139.4g，量筒中液體的質量為m=m₁-m₂=154.4g-139.4g=15g，所以，B液體的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{15g}{10c{m}^{3}}$=1.5g/cm³；
④將B液體倒入量筒中時，不小心使得量筒內壁上濺有少許液體，測量余下液體質量時不包含這部分少許液體，所以，剩余液體質量測算準確，而量筒內壁上濺有的少許液體沒有計入測量的體積，導致液體的體積V測量偏小，根據液體的密度ρ=$\frac{m}{V}$，求出液體的密度偏大．
故答案為：（1）①1.2；
②排開液體的體積；1；無關；
③1.2×10³kg/m³；
（2）③15g；1.5；
④大．

點評 本題涉及天平的使用、二力平衡、影響浮力大小的因素，密度測量等知識，考查控制變量法及對實驗結果的評估能力．