Question

13．在探究“影響浮力大小因素”的實驗中，科比同學用體積相同的鐵塊A和鋁塊B及圖示器材，做了如圖 （a）所示的若干實驗．

（1）若要探究物體所受浮力的大小是否與物體的密度有關，應選用的操作是①②③④（填寫序號）；這一實驗操作中，應控制的變量是液體的密度和物體排開液體體積．
（2）將操作①③⑤組合起來，可探究浮力的大小是否與液體的密度有關．
（3）詹姆斯同學的媽媽有一只翠玉手鐲，他想知道手鐲的密度．現(xiàn)在只有如下器材：一個水槽和足量的水、細線、刻度尺、一個正方體木塊．請你按照下面的實驗設計思路，請你在“③”中幫詹姆斯同學把實驗步驟補充完整，并利用測量中的表示符號和水的密度ρ_水，寫出測量翠玉手鐲密度的數(shù)學表達式．
實驗步驟：
①水槽中裝入適量水，將木塊放入水槽中，用刻度尺測出木塊下表面到水面的距離h₁；
②將手鐲放于木塊上，如圖（b）所示，用刻度尺測出木塊下表面到水面的距離h₂；
③將手鐲用細線吊在木塊的下端，手鐲和木塊漂浮在水面上，用刻度尺測出木塊下表面到水面的距離h₃．則翠玉手鐲密度的數(shù)學表達式：ρ=$\frac{{ρ}_{水}（{h}_{2}-{h}_{1}）}{（{h}_{2}-{h}_{3}）}$（用ρ_水、h₁、h₂以及你測量的數(shù)據(jù)表達）

Answer 1

分析 （1）本題目就是考查學生對影響浮力大小因素的掌握，關鍵是學生要利用稱重法分別求出A與B所受浮力的大小，然后判斷浮力的大小與物體密度的關系．
（2）比較①③⑤發(fā)現(xiàn)，同一物體分別浸沒在不同的液體里，探究的是浮力與液體密度的關系．
（3）要測量手鐲的密度需要測量手鐲的質(zhì)量和體積，根據(jù)密度公式求出手鐲的密度．
a、木塊漂浮在水面上，木塊受到的浮力等于木塊的重力，手鐲放在木塊上，總體浮力等于總體的重力，列出等式．求出手鐲的重力，求出手鐲的質(zhì)量．
b、手鐲在木塊上面和在木塊下面，總重相同，總體漂浮在水面上，浮力相同，排開水的體積相同，根據(jù)排開水的體積相同，求出手鐲的體積．

解答 解：（1）根據(jù)控制變量法可知：探究浮力的大小是否與物體的密度的關系要保證液體的密度和物體排開液體體積一定，改變物體的密度，因此應選用的操作是①②③④．
（2）將操作①③⑤組合起來，物體的密度相同，浸沒在液體中的體積相同，不同的是浸沒在密度不同的液體中，因此可以探究浮力的大小是否與液體的密度有關．
（3）③將手鐲用細線吊在木塊的下端，手鐲和木塊漂浮在水面上，用刻度尺測出木塊下表面到水面的距離h₃．如下圖：

如圖甲，木塊漂浮在水面上：G_木=F_浮=ρ_水gV_排=ρ_水gSh₁，
即：G_木=ρ_水gSh₁ ---------------①
如圖乙，手鐲放在木塊上，木塊還是漂浮在水面上：G_手+G_木=F'_浮，而F'_浮=ρ_水gV'_排=ρ_水gSh₂，
所以，G_手+G_木=ρ_水gSh₂ ----------------------------②
②-①得，手鐲的重力：G_手=ρ_水gS（h₂-h₁），
手鐲的質(zhì)量：m_手=$\frac{{G}_{手}}{g}$=ρ_水S（h₂-h₁），
如圖丙，將手鐲用細線吊在木塊的下端，手鐲和木塊漂浮在水面上，G_手+G_木=F'_浮=ρ_水gV'_排=ρ_水g（Sh₃+V_手），
所以，ρ_水gSh₂=ρ_水g（Sh₃+V_手），
所以，手鐲的體積為：V_手=S（h₂-h₃），
手鐲的密度：ρ=$\frac{{m}_{手}}{{V}_{手}}$=$\frac{{ρ}_{水}（{h}_{2}-{h}_{1}）}{（{h}_{2}-{h}_{3}）}$．
故答案為：
（1）①②③④； 排開液體體積相同；（2）液體密度；（3）③將手鐲用細線吊在木塊的下端，手鐲和木塊漂浮在水面上，用刻度尺測出木塊下表面到水面的距離h₃；$\frac{{ρ}_{水}（{h}_{2}-{h}_{1}）}{（{h}_{2}-{h}_{3}）}$．

點評 （1）浮力的大小等于重力減去物體浸在液體中彈簧測力計的示數(shù)；
（2）物體在液體中所受的浮力大小與液體密度、物體排開液體的體積有關，而與物體的密度和浸沒入液體中的深度無關．