Question

小聰同學在學習了阿基米德原理時想到“物體受到浮力大小可能還跟物體的密度有關？”、“沒有天平和量筒，只用彈簧測力計和水也能測鐵塊等的密度”，他選取了兩塊體積和形狀都相同的實心銅塊和鐵塊（已知銅的密度大于鐵的密度），進行了如圖的實驗．
（1）步驟C中的鐵塊在水中所受到的浮力為______N．
（2）驗證物體所受的浮力大小是否與物體的密度有關？
小聰應該選取圖中的______等步驟（填字母符號）進行對比，根據他所選擇的幾個圖中彈簧測力計的示數可以知道銅塊受到的浮力______（選填“大于”、“等于”或“小于”）鐵塊受到的浮力．由此得出物體所受的浮力大小與物體的密度______（選填“有關”或“無關”）．
（3）按照圖中的A、C、D步驟實驗，可以得出的結論是：______．
（4）利用本實驗的數據，測得鐵塊的密度大小是______kg/m³．

Answer 1

解：
（1）已知鐵塊的重力為G=4N，部分浸入水中時，彈簧測力計的示數為F=3.7N，所以受到的浮力為F_浮=G-F=4N-3.7N=0.3N；
（2）要驗證物體受到的浮力與物體密度的關系，需要分別測出體積相同的鐵塊和銅塊的重力，然后金屬塊浸沒在水中，分別讀出彈簧測力計的拉力，最后利用稱重法計算金屬塊受到的浮力，所以實驗過程為ABDE；
鐵塊受到的浮力為F_鐵=4N-3.5N=0.5N，銅塊受到的浮力為F_銅=4.4N-3.9N=0.5N，所以銅塊受到的浮力等于鐵塊受到的浮力，說明物體所受的浮力大小與物體的密度無關；
（3）由實驗步驟A、C、D可以看出，鐵塊排開水的體積越大，彈簧測力計的拉力越小，也就是鐵塊受到的浮力越大，所以實驗結論是：物體排開的液體體積越大，受到的浮力越大；
（4）由實驗步驟D得鐵塊此時受到的浮力為0.5N，
所以鐵塊的體積為V=V_排==≈0.5×10^-4_m3，
鐵塊的密度為ρ===≈8×10³kg/m³．
故答案為：（1）0.3；（2）ABDE；等于；無關；（3）物體排開的液體體積越大，受到的浮力越大；（4）8.0×10³．
分析：（1）已知鐵塊重力和浸在液體中彈簧測力計的示數，利用稱重法可以得到此時受到的浮力；
（2）要驗證物體受到的浮力與密度是否有關，需要使密度不同的物體浸入同一種液體，并且排開液體的體積相同，根據稱重法得到密度不同的物體受到的浮力進行比較；
（3）同一物體排開液體體積不同，受到的浮力不同，對應關系從拉力大小確定；
（4）已知鐵塊受到的浮力和水的密度，利用阿基米德原理變形公式得到鐵塊排開水的體積，也就是鐵塊的體積；已知鐵塊的重力，可以得到質量，已知質量和體積，利用公式ρ=得到密度．
點評：此題是阿基米德原理的驗證性實驗，同時還探究了浮力與物體密度的關系以及利用阿基米德原理測量不規(guī)則固體密度，綜合性較強，注意實驗設計的嚴謹性和正確應用控制變量法．