Question

16．小聰同學(xué)在學(xué)習(xí)了阿基米德原理時(shí)想到“物體受到浮力大小可能還跟物體的密度有關(guān)？”、“沒有天平和量筒，只用彈簧測(cè)力計(jì)和水也能測(cè)鐵塊等的密度”，他選取了兩塊體積和形狀都相同的實(shí)心銅塊和鐵塊（已知銅的密度大于鐵的密度），進(jìn)行了如圖的實(shí)驗(yàn)．


（1）步驟C中的鐵塊在水中所受到的浮力為0.3N．
（2）驗(yàn)證物體所受的浮力大小是否與物體的密度有關(guān)？小聰應(yīng)該選取圖中的步驟ABCD（填字母符號(hào)）進(jìn)行對(duì)比．根據(jù)他所選擇的幾個(gè)圖中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)可以知道銅塊受到的浮力等于（選填“大于”、“等于”或“小于”）鐵塊受到的浮力．由此得出物體所受的浮力大小與物體的密度無關(guān)（選填“有關(guān)”或“無關(guān)”）
（3）該實(shí)驗(yàn)還可以研究其他的浮力問題，按照?qǐng)D中的A、C、D步驟實(shí)驗(yàn)．可以得出的結(jié)論是：液體密度一定時(shí)，物體排開液體的體積越大，所受的浮力越大．
（4）利用本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，測(cè)得鐵塊的密度大小是8×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）已知鐵塊重力和浸在液體中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，利用稱重法可以得到此時(shí)受到的浮力；
（2）要驗(yàn)證物體受到的浮力與密度是否有關(guān)，需要使密度不同的物體浸入同一種液體，并且排開液體的體積相同，根據(jù)稱重法得到密度不同的物體受到的浮力進(jìn)行比較；
（3）同一物體排開液體體積不同，受到的浮力不同，對(duì)應(yīng)關(guān)系從拉力大小確定；
（4）已知鐵塊受到的浮力和水的密度，利用阿基米德原理變形公式得到鐵塊排開水的體積，也就是鐵塊的體積；已知鐵塊的重力，可以得到質(zhì)量，已知質(zhì)量和體積，利用公式ρ=$\frac{m}{V}$得到密度．

解答 解：（1）鐵塊在水中受到豎直向下的重力、豎直向上的浮力和豎直向上的拉力作用，三力平衡，根據(jù)題圖可知，步驟C中的鐵塊在水中所受到的浮力為F_浮=G_鐵-F_拉=4.0N-3.7N=0.3N；
（2）驗(yàn)證物體所受的浮力大小與物體的密度關(guān)系時(shí)，需要使密度不同的物體浸入同一種液體，并且排開液體的體積相同，根據(jù)稱重法得到密度不同的物體受到的浮力進(jìn)行比較，應(yīng)該選取圖中的步驟ABCD進(jìn)行對(duì)比；
由圖示可知，銅塊浸沒時(shí)受到的浮力：F_銅=G_銅-F_銅拉=4.4N-3.9N=0.5N，
鐵塊浸沒時(shí)受到的浮力：F_鐵=G_鐵-F_鐵拉=4.0N-3.5N=0.5N，
兩物體所受的浮力大小相等，所以可知物體所受的浮力大小與物體的密度無關(guān)；
（3）按照?qǐng)D中的A、C、D步驟實(shí)驗(yàn)，隨著鐵塊浸入水中的體積增大，鐵塊受到浮力由0.3N增大到0.5N，所以可以得出的結(jié)論是：當(dāng)液體密度一定時(shí)，物體排開液體的體積越大，所受的浮力越大；
（4）鐵塊的質(zhì)量為m=$\frac{G}{g}$=$\frac{4.0N}{10N/kg}$=0.4kg，
當(dāng)鐵塊浸沒到水中時(shí)，所受的浮力為0.5N，則鐵塊的體積：
V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.5N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=5×10^-5m³，
鐵塊的密度：ρ_鐵=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.4kg}{5{×10}^{-5}{m}^{3}}$=8×10³ kg/m³．
故答案為：（1）0.3；（2）ABCD；等于；無關(guān)；
（3）物體排開液體的體積越大，所受的浮力越大；（4）8×10³．

點(diǎn)評(píng) 此題是阿基米德原理的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還探究了浮力與物體密度的關(guān)系以及利用阿基米德原理測(cè)量不規(guī)則固體密度，綜合性較強(qiáng)，注意實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性和正確應(yīng)用控制變量法．