Question

【題目】小含同學(xué)在探究影響浮力大小的因素時，做了如圖所示的實(shí)驗(yàn),請你根據(jù)小含的實(shí)驗(yàn)探究回答下列問題：

(1)實(shí)驗(yàn)步驟C與E的數(shù)據(jù)表明：浮力大小與_________；根據(jù)A與E兩圖所標(biāo)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：物體浸沒在鹽水中所受的浮力大小為_______N。

(2)小含對ABCD四個步驟分析時，發(fā)現(xiàn)浮力的大小有時與深度有關(guān)，有時與深度又無關(guān)，對此正確的解釋是浮力的大小隨著排開水的體積的增大而______(選填“增大”、“減小”或“不變”)當(dāng)物體浸沒在水中后排開水的體積相同，浮力的大小與深度_______(選填“有關(guān)"或“無關(guān)")。

(3)根據(jù)小含的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：物塊A的密度是_________。

(4)若已知容器的底面積是物體底面積的2倍，在步驟B的基礎(chǔ)上往容器中加水使物體剛好全部浸沒，此時水對容器底部的壓強(qiáng)增加了400Pa，所加水的質(zhì)量為____kg。 (已知彈簧彈力每變化0. 5N，伸長量就變化1cm)

(5)愛物理的小含在學(xué)習(xí)了浮力這一章之后設(shè)計(jì)了一個實(shí)驗(yàn)測某金屬塊的密度，如圖所示，實(shí)驗(yàn)器材有小空桶、溢水杯、燒杯、量筒和水,實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①讓小空桶漂浮在盛滿水的溢水杯中，如圖甲；

②將金屬塊浸沒在水中，測得溢出水的體積為10mL，如圖乙；

③將燒杯中10mL水倒掉，從水中取出金屬塊，如圖丙：

④將金屬塊放入小空筒，小空筒仍漂浮在水面，測得此時溢出水的體積為23mL，如圖丁，

則被測金屬塊的密度是_______。在實(shí)驗(yàn)步驟③和④中，將沾有水的金屬塊放入小空筒，測出的金屬塊密度將________(選填“偏大”、“不變”或“偏小”)。

Answer 1

【答案】液體密度 2.4 增大 無關(guān) 4×103 0.3 3.3 不變

【解析】

第一空．C、E實(shí)驗(yàn)中，物體都浸沒在液體中，控制了物體浸入液體的體積不變，改變了液體的密度，最終彈簧測力計(jì)示數(shù)為不同，表明：浮力大小與液體的密度有關(guān)。

第二空．A圖物體在空氣中，彈簧測力計(jì)示數(shù)為物體的重力，即G=8N；E圖物體浸沒在鹽水中，彈簧測力計(jì)示數(shù)為F示=5.6N。根據(jù)稱重法測浮力，物體浸沒在鹽水中受到的浮力為：

F浮=G-F示=8N-5.6N=2.4N。

第三空．由A、B、C可知，當(dāng)物體浸沒前，物體浸入水中越深，排開水的體積越大，受到的浮力越大。即浮力的大小隨著排開水的體積的增大而增大。

第四空．由A、C、D可知，當(dāng)物體浸沒在水中后排開水的體積不變，彈簧測力計(jì)示數(shù)不變，則浮力不變。說明浮力的大小與深度無關(guān)。

第五空．物體重力G=8N，則其質(zhì)量為：

m===0.8kg。

由A、C或A、D可知，物體浸沒在水中受到的浮力為：

F浮′=8N-6N=2N，

此時物體排開水的體積等于物體體積，根據(jù)阿基米德原理，得：

V=V排===2×10-4m3。

則物體得密度為：

ρ===4×103kg/m3。

第六空．設(shè)物體底面積為S、物體在B步驟中浸入水中的深度為h1、露出水面的高度為h2、加水使物體剛好全部浸沒后物體上升高度為h3。B步驟中物體受到的浮力為8N-7N=1N，加水浸沒后受到的浮力為2N，即加水后彈簧測力計(jì)示數(shù)減小了1N，因彈簧彈力計(jì)每變化0. 5N，伸長量就變化1cm，所以在B步驟的基礎(chǔ)上加水使物體浸沒后，彈簧測力計(jì)的彈簧收縮了2cm，即物體上升高度h3=2cm=0.02m。

在B步驟中，物體排開水的體積為：

V排B===1×10-4m3，

則物體此時浸入水中的深度為：

h1=，

物體露出水面的高度h2等于物體總高度（）減去浸入水中的深度，為：

h2=- h1=-=，

則加水后水面上升的高度為：

△h水= h2+ h3=+0.02m，

則水面上升的總體積為：

△V水=2S△h水=2S（+0.02m），

因加入水使物體浸沒后，物體原來露出水面的體V露被水淹沒，所以加入水的體積V水等于水面上升的總體積△V水減去V露：

V水=△V水-V露=△V水-（V-V排B），

則加入水的質(zhì)量為：

m水=ρ水V水

=ρ水[△V水-（V-V排B）]

= ρ水[2S△h水-（V-V排B）]

= ρ水[2S（+0.02m）-（V-V排B）]

=ρ水（V-V排B +2S×0.02m），

即：

m水=ρ水（V-V排B +2S×0.02m）…………………………①

因加水后水對容器底部的壓強(qiáng)增加了400Pa，其壓強(qiáng)增大是由于壓力增大而導(dǎo)致的，壓力增大量等于加入水的重力與物體受到的浮力增大量之和，因加水后物體浮力增加了1N，則：

△F=G水+△F浮= m水g+1N，

所以：

=，

即：

400Pa=…………………………②

將①、②聯(lián)列解得：

m水=0.3kg。

第七空．因甲圖中水面與溢水口相平，所以乙圖中將金屬塊浸沒在水中，溢出水的體積即為金屬塊體積，即V金=10mL=10cm3。將金屬塊取出放入小筒中，處于漂浮，再溢出23mL水，即從甲圖到丁圖溢出水（排開水）的總體積為V排=10mL+23mL=33mL=33cm3，因小筒在甲圖中本來就漂浮，根據(jù)阿基米德原理，則所以排開水所受的重力即為金屬塊漂浮時受到的浮力，再根據(jù)漂浮條件，該浮力即為金屬塊的重力，所以金屬塊的重力為：

G金===0.33N，

則金屬塊的質(zhì)量為：

m金===0.033kg。

金屬塊的密度為：

ρ金===3.3×103kg/m3=3.3g/cm3。