Question

15．小明同學(xué)在探究影響浮力大小的因素時(shí)，做了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)．請(qǐng)你根據(jù)小明的實(shí)驗(yàn)探究回答下列問(wèn)題．

（1）在C與E兩圖中，保持了排開(kāi)液體的體積不變，研究浮力與液體的密度的關(guān)系；根據(jù)A與E兩圖所標(biāo)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知物體浸沒(méi)在鹽水中所受的浮力為2.4N．
（2）小明對(duì)A、B、C、D四個(gè)步驟進(jìn)行了觀察研究，發(fā)現(xiàn)浮力的大小有時(shí)與深度有關(guān)，有時(shí)與深度又無(wú)關(guān)．對(duì)此正確的解釋是浮力的大小隨著排開(kāi)水的體積的增大而增大，當(dāng)物體完全浸沒(méi)在水中后排開(kāi)水的體積相同，浮力的大小與深度無(wú)關(guān)．
（3）在小明實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出鹽水的密度為1.2×10³kg/m³．
（4）為了探究物體浸在水中不同深度所受浮力的變化情況，小明又進(jìn)行了如下的實(shí)驗(yàn)：將一掛在彈簧測(cè)力計(jì)下的圓柱型金屬體（高度為10cm）緩慢浸入水中（水足夠深），如圖2所示，從圓柱體接觸水面至接觸容器底之前，分別記下圓柱體下表面所處的深度h和彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表：

實(shí)驗(yàn)次序	1	2	3	4	5	6	7	8
h/cm	0	2	4	6	8	10	12	14
F/N	4.75	4.25	3.75	3.25	2.75	2.25	2.25	2.25
F浮/N	0	0.50	1.00	1.50	2.00		2.50	2.50

根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以算出第6次實(shí)驗(yàn)中浮力的大小為2.50N；根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖3所示的坐標(biāo)系中畫(huà)出浮力F_浮與深度h關(guān)系的圖象；通過(guò)對(duì)圖象的分析，可以得到的結(jié)論是：①浮力的大小與物體排開(kāi)液體的體積有關(guān)；
②在同種液體中，物體所受浮力的大小與物體排開(kāi)液體的體積成正比；
③浮力的大小與物體浸沒(méi)在液體中的深度無(wú)關(guān)．

Answer 1

分析 （1）影響浮力大小的因素是排開(kāi)液體的密度和物體排開(kāi)液體的體積，要探究浮力和其中一個(gè)因素的關(guān)系，就要控制另外一個(gè)因素一定，由此進(jìn)行解答；由“稱(chēng)重法”可以測(cè)出物體在水中受浮力的大�。�
（2）比較B和C；C與D實(shí)驗(yàn)，找出相同因素和不同因素，結(jié)合控制變量法的思想得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論；
（3）根據(jù)F_浮=G-F計(jì)算出在水中和鹽水中受到的浮力，根據(jù)在水中和在鹽水中排開(kāi)液體的體積相等列出關(guān)系式求出鹽水的密度；
（4）利用描點(diǎn)作圖法，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在所給坐標(biāo)中逐一描點(diǎn)，然后連接成線．逐段分析其中的規(guī)律，找到浮力F_浮與深度h的關(guān)系，得出合理的結(jié)論．

解答 解：（1）分析圖C與E，排開(kāi)液體的體積相同，液體的密度不同，可得出浮力的大小與排開(kāi)液體密度有關(guān)；
由圖A知：G=8N，由圖E知，F(xiàn)=5.6N，所以F_浮=G-F=8N-5.6N=2.4N；
（2）探究物體浸沒(méi)在水中時(shí)所受浮力大小與深度是否有關(guān)時(shí)，應(yīng)控制液體的密度和物體排開(kāi)液體的體積這兩個(gè)因素相同，實(shí)驗(yàn)B、C中物體在液體中浸沒(méi)的深度改變的同時(shí)，其排開(kāi)液體體積是變化的，V_排B＜V_排C，因圖B中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)小于C圖中的示數(shù)，根據(jù)F_浮=G-F，故F_浮B＜F_浮C，浮力的大小隨著排開(kāi)水的體積的增大而增大；圖C、D中，當(dāng)物體完全浸沒(méi)在水中后排開(kāi)水的體積相同，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)保持不變，浮力的大小與深度無(wú)關(guān)；
（3）由AD知，物體浸沒(méi)在水中時(shí)的浮力F_浮水=8N-6N-2N，由AE，浸沒(méi)在鹽水中受到的浮力F_浮鹽=8N-5.6N=2.4N，根據(jù)阿基米德原理，因V_排水=V_排鹽，$\frac{{F}_{浮水}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{{F}_{浮鹽}}{{ρ}_{鹽}g}$，
鹽水密度ρ鹽=$\frac{{F}_{浮鹽}}{{F}_{浮水}}{×ρ}_{水}$=$\frac{2.4}{2}$×10³kg/m³=1.2×10³kg/m³；
（4）由題意，h=10cm時(shí)，物體剛好浸沒(méi)在水中，根據(jù)浸沒(méi)時(shí)物體受到的浮力大小不變，故從表中數(shù)據(jù)可以算出，第6次實(shí)驗(yàn)中浮力的大小為2.5N；
根據(jù)表中數(shù)據(jù)，描點(diǎn)作圖，如圖所示．根據(jù)圖象的分析，可以得到的結(jié)論：
①浮力的大小與物體排開(kāi)液體的體積有關(guān)；
②在同種液體中，物體所受浮力的大小與物體排開(kāi)液體的體積成正比；
③浮力的大小與物體浸沒(méi)在液體中的深度無(wú)關(guān)．（符合規(guī)律的結(jié)論均可）
故答案為：（1）液體密度； 2.4
（2）增大；無(wú)關(guān)；
（3）1.2×10³；
（4）如上圖所示；
①浮力的大小與物體排開(kāi)液體的體積有關(guān)；
②在同種液體中，物體所受浮力的大小與物體排開(kāi)液體的體積成正比；
③浮力的大小與物體浸沒(méi)在液體中的深度無(wú)關(guān)．（符合規(guī)律的結(jié)論均可）

點(diǎn)評(píng) 本題探究影響浮力大小的因素，涉及稱(chēng)重法、測(cè)液體的密度、控制變量法等知識(shí)，考查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析歸納結(jié)論的能力和作圖能力．