Question

13．在探究“浮力的大小與什么因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，“物理小博士”為同學(xué)們做了如圖所示的一系列實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中的銅塊與鋁塊體積相同．

（1）做①③④三次實(shí)驗(yàn)是為了探究浮力的大小與物體排開液體的體積的關(guān)系，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，受到的浮力越大．
（2）做①②④⑥四次實(shí)驗(yàn)是為了探究浮力的大小與物重的關(guān)系，得出的結(jié)論是物體受到的浮力大小與物重?zé)o關(guān)．
（3）做①④⑦三次實(shí)驗(yàn)可探究浮力的大小與液體密度的關(guān)系，可得出的結(jié)論是在物體排開液體的體積一定時(shí)，液體的密度越大，物體受到的浮力越大．
（4）分析①④⑤三次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知浮力的大小與物體浸入液體內(nèi)的深度無關(guān)（“有關(guān)”或“無關(guān)”）．
（5）分析①④兩步驟中彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)，銅塊浸沒在水中所受到的浮力為1N，銅塊的密度為9g/cm³．

Answer 1

分析 （1）①③④次銅塊浸入水的體積不同，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不同，據(jù)此得到探究問題和實(shí)驗(yàn)結(jié)論；
（2）由①②④⑥可以得到物體重力和受到的浮力，根據(jù)浮力大小與重力大小確定兩者關(guān)系；
（3）要探究浮力的大小與液體密度的關(guān)系，應(yīng)該保持物體排開液體的體積相同，選擇不同的液體．
（4）要探究浮力大小與物體浸入深度的關(guān)系，需要保持液體密度和物體排開液體體積相同，比較彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)是否相同；
（5）分析物體的受力，可得出浮力等于重力減去拉力；根據(jù)阿基米德原理F_浮=G_排=ρ_液gV_排，變形后可銅塊體積，再根據(jù)重力G求出質(zhì)量m，最后利用ρ=$\frac{m}{V}$，可求密度．

解答 解：
（1）①③④比較知：液體密度一定時(shí)，物體排開液體的體積越大，受到的浮力越大，所以這三步是探究浮力大小與物體排開液體的體積的關(guān)系．
（2）銅塊受到的重力為G_銅=9N，鋁塊受到的重力為G_鋁=2.8N，重力不相等；
銅塊受到的浮力為F_銅浮=9N-8N=1N，鋁塊受到的浮力為F_鋁浮=2.8N-1.8N=1N，浮力相等．所以物體受到的浮力大小與物重?zé)o關(guān)；
（3）要探究浮力的大小與液體密度的關(guān)系，應(yīng)該將物體浸入不同的液體，同時(shí)保持物體排開液體的體積相同，所以選擇①④⑦，實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：在物體排開液體的體積一定時(shí)，液體的密度越大，物體受到的浮力越大．
要探究浮力大小與物體浸入深度的關(guān)系，需要保持液體密度和物體排開液體體積相同，所以選擇①④⑤．
（4）探究浮力的大小與物體浸入液體內(nèi)的深度的關(guān)系，應(yīng)控制液體密度、排開液體的體積相同，改變浸沒深度，則①④⑤符合；
由圖①和圖④可知，圖④中銅塊的浮力F₂=9N-8N=1N；由圖①和圖⑤可知，圖⑤中銅塊的浮力F₃=9N-8N=1N；則探究結(jié)果是：浮力的大小與浸沒深度無關(guān)．
（5）分析①④兩步驟中彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)，銅塊浸沒在水中所受到的浮力為F_浮=G-F_拉=9N-8N=1N；
由F_浮=G_排=ρ_液gV_排，變形后可得，
V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1×10^-4m³；
因?yàn)榻�沒，所以V_銅=V_排=1×10^-4m³；
銅的質(zhì)量m=$\frac{G}{g}$=$\frac{9N}{10N/kg}$=0.9kg，
銅塊的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.9kg}{1×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=9×10³kg/m³=9g/cm³
故答案為：（1）物體排開液體的體積；（2）物體受到的浮力大小與物重?zé)o關(guān)；（3）①④⑦；（4）①④⑦；無關(guān)；（5）9．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了探究影響浮力大小的因素，應(yīng)用的探究方法是控制變量法．在分析問題時(shí)，要明確哪些量是相同的，哪些量是變化的或不同的，正是這些變化的或不同的量導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不同．