Question

15．小明探究“影響浮力大小的因素”的實驗過程及有關(guān)數(shù)據(jù)如圖所示，已知ρ_水=1.0×10³kg/m³，g=10kg/N

（1）如圖⑥所示實驗時，物體受到的浮力為0.8N．
（2）由圖②、③、④所示實驗得出的結(jié)論是：在液體密度相同時，物體所受浮力的大小與排開液體的體積有關(guān)；由圖④、⑤所示實驗得出的結(jié)論是：物體浸沒在液體中時，所受浮力的大小與深度無關(guān)．
（3）小明由圖③、⑦所示實驗，他就得出物體受到的浮力大小與液體的密度有關(guān)的結(jié)論．他的分析過程是錯誤（選填“正確”或“錯誤”）的，你判斷的理由是沒有控制排開液體的體積相同．
（4）由圖中提供的數(shù)據(jù)，可以求出鹽水的密度為1.125×10³kg/m³．
（5）小明發(fā)現(xiàn)，在一個盛水的容器中放入一個木塊，木塊會受到浮力，放入木塊后容器底部受到的水的壓力也增大了，他想探究物體受到的浮力大小與容器底部增加的液體壓力是否有關(guān)系．為此他選擇了如下器材：符合實驗要求的彈簧測力計一個、底面積已知的大燒杯一個（盛有適量的水）、完全相同的鉤碼6個、記號筆一支、鐵架臺一個、刻度尺一把．
小明設(shè)計了如下實驗步驟并請補充完整：
①將彈簧測力計掛在鐵架臺下，測出一個鉤碼的，并計入數(shù)據(jù)表格；
②用記號筆在燒杯上標記水面位置；
③彈簧測力計下掛一個鉤碼，沒入大燒杯中的水中，讀出彈簧測力計的讀數(shù)F，并計入數(shù)據(jù)表格；
④再次用記號筆在燒杯上標記水面位置，用刻度尺測出此時的水面變化h，并計入數(shù)據(jù)表格；
⑤彈簧測力計下掛不同的鉤碼，仿照③、④再測五組數(shù)據(jù)，并計入數(shù)據(jù)表格；
⑥根據(jù)公式F_浮=G-F和F_壓=ρ_水ghS分別算出六次實驗鉤碼受到的浮力F_浮和容器底部增加的液體壓力F_壓，并計入數(shù)據(jù)表格．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)F_浮=G-F_拉求出物體浸沒在水中時受的浮力，物體全部浸沒在水中時浮力大小和深度無關(guān)；
（2）掌握影響浮力大小的因素，判斷兩圖中改變的量和不變的量，得出影響浮力的因素；
（3）浮力的大小與液體的密度和排開液體的體積有關(guān)，在得出實驗結(jié)論時，要注意是否是在控制其他變量的情況下，研究了浮力與液體密度的關(guān)系；
（4）根據(jù)F_浮=G-F計算出在水中和鹽水中受到的浮力，根據(jù)V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$計算出物體的體積，根據(jù)ρ_鹽水=$\frac{{F}_{浮}′}{g{V}_{排}}$計算出鹽水的密度；
（5）結(jié)合實驗原理：F_浮=G-F和F_壓=ρ_水ghS，分析確定補充器材；
利用已有步驟分析補充缺少步驟．

解答 解：（1）由①④兩圖可以讀出，物體重力G=5N，物體全部浸沒在水中時彈簧測力計的拉力F_拉=4.2N，
物體全部浸沒在水中時的浮力F_浮=G-F_拉=5N-4.2N=0.8N；
因為物體全部浸沒在水中時浮力大小和深度無關(guān)，所以圖⑥所示實驗中物體沉到底部，但是浮力不變?nèi)詾?.8N；
（2）由圖②、③、④所示實驗可知，液體的密度相同，排開液體的體積不同，物體所受的浮力大小不同，所以實驗探究的是浮力大小與排開液體的體積的關(guān)系．
物體浸沒在液體中，探究和深度的關(guān)系時，應(yīng)該控制液體密度、排開液體體積相同，深度不同，符合要求的是④⑤兩圖；
（3）浮力的大小除與液體的密度有關(guān)外，還與物體排開的液體體積有關(guān)，在乙、丙實驗中沒有對物體排開液體的體積進行控制，導(dǎo)致結(jié)論不準確；
（4）由①④知，浸沒在水中時的浮力F_浮=5N-4.2N=0.8N；
由①⑦知，浸沒在鹽水中時的浮力F_浮′=5N-4.1N=0.9N；
由F_浮=ρ_水gV_排得：
物體的體積V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.8N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=0.8×10^-4m³，
鹽水的密度ρ_鹽水=$\frac{{F}_{浮}′}{g{V}_{排}}$=$\frac{0.9N}{10N/kg×0.8×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=1.125×10³kg/m³．
（5）要想探究物體受到的浮力大小與容器底部增加的液體壓力是否有關(guān)系；由于實驗原理是F_浮=G-F和F_壓=ρ_水ghS，所以除了已選器材外還需增加刻度尺測量液體的深度；
小明設(shè)計了如下實驗步驟：
①將彈簧測力計掛在鐵架臺下，測出一個鉤碼的重力為G，并計入數(shù)據(jù)表格；
②用記號筆在燒杯上標記水面位置；
③彈簧測力計下掛一個鉤碼，沒入大燒杯中的水中，讀出彈簧測力計的讀數(shù)F，并計入數(shù)據(jù)表格；
④再次用記號筆在燒杯上標記水面位置，用刻度尺測出此時的水面變化h，并計入數(shù)據(jù)表格；
⑤彈簧測力計下掛不同的鉤碼，仿照實驗③、④再測五組數(shù)據(jù)，并計入數(shù)據(jù)表格；
⑥根據(jù)公式F_浮=G-F和F_壓=ρ_水ghS分別算出六次實驗鉤碼受到的浮力F_浮和容器底部增加的液體壓力F_壓，并計入數(shù)據(jù)表格．
故答案為：（1）0.8；（2）排開液體的體積；④、⑤；（3）錯誤；沒有控制排開液體的體積相同；（4）1.125×10³；（5）水面變化h；G-F；ρ_水ghS．

點評 此題是探究影響浮力大小的因素實驗，考查了影響浮力的因素及控制變量法的應(yīng)用，同時考查了有關(guān)浮力公式的應(yīng)用，在（5）中確定V_排相等是解決此題的關(guān)鍵．