Question

小華在家中從井里提水時，發(fā)現(xiàn)水桶浸沒在水里時很輕，提離水面后變得很重．小華知道，水桶在水里時受到浮力作用，可是水桶受到的浮力有那么大嗎？于是，小華和朋友小強(qiáng)找來工具：測力計、鋁制的水桶（鋁的密度為2.7g/cm³）、刻度尺、繩子等，將水桶浸沒入家中水缸里的水中，當(dāng)提著滿桶水漸漸離開水面時，小華和小強(qiáng)分別測出對應(yīng)的彈簧測力計的示數(shù)以及水桶上端到水面的距離（水面處記做0m，水面下為負(fù)），然后將記錄的數(shù)據(jù)繪成了圖象，如圖所示．根據(jù)圖象，小華用水桶提出水面后繩子的拉力大小，減去水桶浸沒在水里時的拉力大小，算出水桶浸沒在水里時受到的浮力為104N，他大吃一驚：浮力真的很大啊！小強(qiáng)卻仍然心存疑慮，他拿出紙，計算了一會兒說，水桶浸沒在水里時受到的浮力應(yīng)該是4N．
（1）請說說他倆的探究經(jīng)歷了哪些過程？
（2）你根據(jù)他倆繪制的圖象，通過計算分析一下，他倆誰說的對呢？
（3）你能求出水桶中的水有多重嗎？是多少？（繩子所受重力、浮力不計，g取10N/kg）

Answer 1

分析：（1）探究實驗的步驟一般包括：提出問題、猜想或假設(shè)、設(shè)計實驗、進(jìn)行實驗、分析和論證、評估、交流，據(jù)此分析答題；
（2）計算水桶所受的浮力，應(yīng)該用空水桶的重力，減去水桶浸沒在水中時繩子的拉力，根據(jù)稱重法表示出水桶受到的浮力，根據(jù)阿基米德原理表示出受到的浮力，根據(jù)密度公式和重力公式表示出水桶的重力，代入數(shù)據(jù)即可求出水桶浸沒在水里時受到的浮力，然后判斷他倆誰說的對；
（3）水重應(yīng)等于水桶完全離開水面后繩子的拉力，減去水桶重力，根據(jù)密度公式和重力公式求出空水桶重，進(jìn)一步求出水桶中水的重．

解答：解：（1）根據(jù)探究的實驗步驟，他倆的探究經(jīng)歷過程為：發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象、提出問題、設(shè)計并進(jìn)行實驗、收集證據(jù)、得出結(jié)論、交流與評估；
（2）計算水桶所受的浮力，應(yīng)該用空水桶的重力，減去水桶浸沒在水中時繩子的拉力，
F_浮=G-F′，即ρ_水gV=ρ_鋁gV-F′，
數(shù)據(jù)代入得：
（2.7×10³kg/m³-1.0×10³kg/m³）×10N/kg×V=6.8N，
解得：V=4×10^-4m³，
F_浮=ρ_水gV=1.0×10³kg/m³×10N/kg×4×10^-4m³=4N
所以是小強(qiáng)正確．
（3）水重應(yīng)等于水桶完全離開水面后繩子的拉力，減去水桶重力，
空水桶重：
G=ρ_鋁gV=2.7×10³kg/m³×10N/kg×4×10^-4m³=10.8N，
所以水重G_水=110.8N-10.8N=100N．
答：（1）發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象、提出問題、設(shè)計并進(jìn)行實驗、收集證據(jù)、得出結(jié)論、交流與評估；
（2）小強(qiáng)是正確的；
（3）水桶中的水重為100N．

點(diǎn)評：本題考查了探究實驗的步驟和阿基米德原理、密度公式、重力公式、稱重法求浮力公式的應(yīng)用，關(guān)鍵是從圖象中得出相關(guān)的信息和明白水桶浸沒在水里時受到的浮力．