Question

20．在探究“浮力的大小與什么因素有關(guān)”的實驗中，小明同學(xué)進(jìn)行了如圖所示的一系列實驗，實驗數(shù)據(jù)在圖中已列出．
（1）圖①②③三次實驗得到的實驗結(jié)論是浮力的大小與排開液體的體積有關(guān)；
（2）圖①③④三次實驗想驗證的猜想是浮力的大小可能與浸沒的深度有關(guān)；
（3）根據(jù)有關(guān)實驗數(shù)據(jù)，銅塊的密度是9×10³kg/m³；
（4）小明同學(xué)又想探究物體所受浮力大小是否與物體的形狀有關(guān)，請利用彈簧測力計、裝有水的燒杯、橡皮泥、細(xì)線設(shè)計實驗方案來進(jìn)行驗證．（寫出實驗步驟）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)F_浮=G-F，由彈簧測力計的示數(shù)確定物體受到的浮力大小，結(jié)合控制變量法，找出不變的量和變化的量，從而確定浮力大小與變化量之間的關(guān)系；
（2）要探究浮力和深度的關(guān)系，應(yīng)控制液體密度和排開液體的體積相同，改變物體在液體中的深度，從圖中找出答案；
（3）由圖象可知，當(dāng)物體所在水的深度為h=0，也就是沒有與水接觸時，彈簧測力計的示數(shù)等于物體的重力；已知重力，可以得到物體的質(zhì)量；當(dāng)物體完全浸沒時，根據(jù)阿基米德原理，利用公式V_物=V_排得到物體的體積；已知物體的質(zhì)量和體積，可求其密度；
（4）要探究浮力大小與物體的形狀是否有關(guān)，應(yīng)使液體密度和物體排開液體的體積不變，改變物體的形狀，通過測力計示數(shù)變化得出結(jié)論．

解答 解：（1）分析比較實驗序①、②、③，液體的密度相同時，物體排開液體的體積越大，彈簧測力計的示數(shù)F越小，根據(jù)F_浮=G-F，則物體受到的浮力越大，由此得出的結(jié)論是：當(dāng)液體的密度相同時，物體排開液體的體積越大，物體受到的浮力越大；
（2）分析比較實驗序號①、③、④，研究物體所受浮力與物體浸沒在液體中的深度的關(guān)系時，應(yīng)控制排開液體的體積和液體密度相同，改變物體在液體的深度，驗證猜想浮力的大小可能與浸沒的深度有關(guān)；
（3）由圖①知，物體的重力為G=9N，浸沒時受到的浮力大小F_浮=G-F=9N-8N=1.0N，根據(jù)阿基米德原理，
V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=10^-4m³，因浸沒，V_物=V_排=10^-4m³，所以，
物體的密度ρ=$\frac{G}{g{V}_{物}}$=$\frac{9N}{1{0}^{-4}{m}^{3}×10N/kg}$=9×10³kg/m³；
（4）要探究浮力大小與物體的形狀是否有關(guān)，應(yīng)使液體密度和物體排開液體的體積不變，改變物體的形狀，可用橡皮泥進(jìn)行實驗：
實驗步驟：①用線扎好橡皮泥，掛在彈簧測力計的鉤上，將橡皮泥浸沒在水里，讀出彈簧測力計的示數(shù)F₁．②將橡皮泥捏成不同的形狀．將橡皮泥浸沒在水中，讀出彈簧測力計的示數(shù)F₂．③比較G-F₁和G-F₂的大小可以得出結(jié)論．
故答案為：（1）浮力的大小與排開液體的體積有關(guān)；（2）浮力的大小可能與浸沒的深度有關(guān)；（3）9×10³kg/m³；
（4）實驗步驟：①用線扎好橡皮泥，掛在彈簧測力計的鉤上，將橡皮泥浸沒在水里，讀出彈簧測力計的示數(shù)F₁．②將橡皮泥捏成不同的形狀．將橡皮泥浸沒在水中，讀出彈簧測力計的示數(shù)F₂．③比較G-F₁和G-F₂的大小可以得出結(jié)論．

點評 本題主要考查浮力的大小與那些因素有關(guān)，并求物體的密度以及改變物體形狀對浮力是否有影響，并設(shè)計實驗方案，是一道綜合題，中等難度．