Question

4．某興趣小組在探究浸在液體中的物體所受浮力大小規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，做了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)，將同一物體A逐漸浸入到密度ρ₀的液體中，并通過(guò)觀察彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)的變化規(guī)律，得出以下一些結(jié)論：

（1）分析比較實(shí)驗(yàn)序號(hào)甲、乙、丙可初步得出結(jié)論：當(dāng)液體的密度相同時(shí)，物體排開(kāi)液體的體積越大，物體受到的浮力越大；分析比較實(shí)驗(yàn)序號(hào)甲、丙、丁可初步得出結(jié)論：當(dāng)排開(kāi)液體的體積相同時(shí)，物體所受浮力與浸沒(méi)在液體中的
深度無(wú)關(guān)（選填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”）．
（2）由實(shí)驗(yàn)可知A物體浸沒(méi)在液體中時(shí)所受到的浮力是2N．
（3）同組小薇同學(xué)繼續(xù)用下面的方法測(cè)出了金屬塊B物體的密度，具體操作如下：
①取邊長(zhǎng)為a的正方體木塊放入裝有適量該液體的燒杯中，待其靜止后用刻度尺測(cè)出有2/5高度露出液面，如圖2甲所示，則木塊底部所受液體的壓強(qiáng)是ρ₀g$\frac{3}{5}$a（用相關(guān)的物理量表示）．
②將B物體放在木塊中央靜止后用刻度尺測(cè)出此時(shí)木塊露出液面的高度為h₁，如圖2乙所示．
③用體積可忽略不計(jì)的細(xì)線將物體B系在木塊中央，放入液體中靜止后測(cè)出此時(shí)木塊露出液面高度h₂，如圖2丙．
④則B物體的密度ρ_B=$\frac{\frac{2}{5}a-{h}_{1}}{{h}_{2}-{h}_{1}}×{ρ}_{0}$（用相關(guān)的物理量表示）．

Answer 1

分析 （1）分析甲乙丙可得浮力大小與排開(kāi)液體體積的關(guān)系；
要得到浮力大小與物體所在深度的關(guān)系，需使物體排開(kāi)液體的體積和液體的密度相同，根據(jù)測(cè)力計(jì)的示數(shù)得出結(jié)論；
（2）由甲圖得出物體的重力；
讀出浸沒(méi)在液體中時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)，由F_浮=G-F得出物體的浮力；
（3）①根據(jù)物體露出液面的高度得出物體浸沒(méi)在液體中的深度，根據(jù)p=ρ_液gh得出木塊底部所受液體的壓強(qiáng)；
④兩種情況下，木塊與B均漂浮，浮力相等，可知V排相等，從而可得物體B的體積；
由甲、乙兩圖可知，物體B的重力應(yīng)等于木塊浮力的變化，從而可得出物體B的質(zhì)量；
由密度公式得出物體B的密度；
從木塊露出水面高度的測(cè)量誤差分析不足之處．

解答 解：（1）由圖甲可知物體的重力為6N，由乙可知此時(shí)受浮力1N，由丙圖可知此時(shí)受浮力2N，所以比較甲乙丙可得結(jié)論：當(dāng)液體的密度相同時(shí)，物體排開(kāi)液體的體積越大，物體受到的浮力越大；丙、丁兩圖中，物體A全部浸入液體中，排開(kāi)液體的體積相同，但深度不同，由彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)可知，兩圖中受到的浮力都是2N，所以比較實(shí)驗(yàn)序號(hào)甲、丙、丁可初步得出結(jié)論：當(dāng)排開(kāi)液體的體積相同時(shí)，物體所受浮力與浸沒(méi)在液體中的深度無(wú)關(guān)；
（2）由圖甲可知物體的重力為6N，A物體浸沒(méi)在液體中時(shí)所受的浮力是，
F_浮=G-F=6N-4N=2N；
（3）①木塊露出液面的高度為$\frac{2}{5}$a，所以浸入液面以下的部分高度為（1-$\frac{2}{5}$）a=$\frac{3}{5}$a；
木塊底部所受液體的壓強(qiáng)p=ρ₀g$\frac{3}{5}$a；
④由圖2甲可知，木塊漂浮于液面，所以F_浮=G_木，
根據(jù)阿基米德原理得：F_浮=ρ_液gV_排=ρ_液g$\frac{3}{5}$a，則G_木=ρ₀gS$\frac{3}{5}$a ①，
同理由圖2乙可知：G_木+G_B=ρ₀gS（a-h₁）②，
同理由圖3丙圖可知：G_木+G_B=ρ₀g[V_B+S（a-h₂）]③，
①②聯(lián)立解得：G_B=ρ₀gS（$\frac{2}{5}$a-h₁），②③聯(lián)立解得：V_B=S（h₂-h₁），
則物體B的密度為：ρ_B=$\frac{{m}_{B}}{{V}_{B}}$=$\frac{{G}_{B}}{g{V}_{B}}$=$\frac{{ρ}_{0}gS（\frac{2}{5}a-{h}_{1}）}{gS（{h}_{2}-{h}_{1}）}$=$\frac{\frac{2}{5}a-{h}_{1}}{{h}_{2}-{h}_{1}}×{ρ}_{0}$；
此實(shí)驗(yàn)的不足之處是用刻度尺測(cè)量長(zhǎng)度是會(huì)有誤差．
故答案為：（1）大；  甲、丙、��； 無(wú)關(guān)；（2）2；（3）①ρ₀g$\frac{3}{5}$a；④$\frac{\frac{2}{5}a-{h}_{1}}{{h}_{2}-{h}_{1}}×{ρ}_{0}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是探究浸在液體中的物體所受浮力大小規(guī)律的實(shí)驗(yàn)，分析時(shí)，注意控制變量法的應(yīng)用，（3）是本題的難點(diǎn)，注意浮力知識(shí)的有關(guān)應(yīng)用，能夠根據(jù)甲、乙得出物體的質(zhì)量，根據(jù)乙、丙得出物體的體積是解決該題的突破點(diǎn)．