Question

水平實(shí)驗(yàn)桌上提供了如下的器材：平底試管1只（已知底面積為S），紙杯中裝有適量的細(xì)沙，玻璃杯中裝有適量的水，一架托盤(pán)天平，一根刻度尺，紙巾，藥匙．請(qǐng)利用提供的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證明：在液體密度一定時(shí)，物體所受的浮力與排開(kāi)液體的體積成正比．

Answer 1

答：（1）用刻度尺測(cè)出平底試管的高度為h；
（2）用藥匙向平底試管裝入適量的細(xì)沙，用調(diào)好的天平稱出試管與細(xì)沙的總質(zhì)量m并記在表格中．
（3）將試管放在玻璃杯內(nèi)并直立的在水中漂浮，靜止時(shí)，用刻度尺測(cè)出試管露出水面外的長(zhǎng)度L并記在表格中．
（4）從水中取出試管，用紙巾擦去試管側(cè)壁上的水，在試管內(nèi)適量增加細(xì)沙，用調(diào)好的天平稱出試管與細(xì)沙總質(zhì)量m并記在表格中．
（5）仿照步驟（3）和（4）再做四次實(shí)驗(yàn)，并用調(diào)好的天平稱出試管與細(xì)沙總質(zhì)量m；用刻度尺測(cè)出試管露出水面外的長(zhǎng)度L并記在表格中．
（6）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將以上數(shù)據(jù)隨時(shí)記錄在表格中．
（7）用V_排=S（h-L）計(jì)算試管漂浮時(shí)排開(kāi)水的體積；用G=mg計(jì)算試管與細(xì)沙受的重力．將V_排、F_浮=G，記在表格中．

h/m
L/m
V排/m3
m/kg
F浮/N

分析：器材中缺少?gòu)椈蓽y(cè)力計(jì)，因此實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是如何用天平測(cè)出試管所受的浮力．用天平測(cè)出試管和沙子的質(zhì)量，利用漂浮時(shí)F_浮=G=mg計(jì)算漂浮時(shí)所受浮力．已知試管的底面積，用刻度尺測(cè)出試管的長(zhǎng)和露出的長(zhǎng)度，可求出排開(kāi)液體的體積．
點(diǎn)評(píng)：本題是一道探究設(shè)計(jì)題，考查了天平測(cè)浮力的方法，以及研究試管在水中漂浮時(shí)所受浮力與排開(kāi)液體體積的關(guān)系，解題時(shí)需要注意以下四點(diǎn)：
（1）明確自變量、因變量和控制變量；（2）排水法測(cè)體積；（3）利用天平測(cè)量物體的浮力；（4）語(yǔ)言的嚴(yán)謹(jǐn)性．
此題需要從多層面、多方位探索與題目有關(guān)的知識(shí)而獲得解決的試題．這類試題是以考查學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)綜合分析和解決問(wèn)題的能力為基點(diǎn)，從較高的尺度上對(duì)學(xué)生的理解能力、概括能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�、分析能力等進(jìn)行考查，以提高學(xué)生的綜合探索創(chuàng)新能力．