Question

10．葉子姐姐想要測量一個金屬塊在液體中受到的浮力，她找到了一個輕質硬刻度尺、幾根細線、一個重力為G₀的鉤碼、水槽和足量的液體．
（1）請你推導出該金屬塊所受浮力的表達式；
（2）請你說明測量步驟（請配圖說明）

Answer 1

分析 根據所給實驗器材可知，可以應用杠桿平衡條件求出金屬塊受到的浮力．

解答 解：實驗步驟：
①用細線栓在刻度尺的中間，然后把金屬塊與鉤碼掛在刻度尺上合適的位置，使刻度尺在水平位置平衡，測出金屬塊與鉤碼的力臂L、L₁；
②把金屬塊浸沒在水中，移動鉤碼到合適的位置，使杠桿重新平衡，測出金屬塊與鉤碼的力臂：L、L₂；如圖所示；

設金屬塊的重力為G，由杠桿平衡條件得：
GL=G₀L₁，（G-F_浮）L=G₀L₂，
解得：F_浮=$\frac{{G}_{0}（{L}_{1}-{L}_{2}）}{L}$；
答：（1）該金屬塊所受浮力的表達式：F_浮=$\frac{{G}_{0}（{L}_{1}-{L}_{2}）}{L}$；
（2）實驗步驟：①用細線栓在刻度尺的中間，然后把金屬塊與鉤碼掛在刻度尺上合適的位置，使刻度尺在水平位置平衡，測出金屬塊與鉤碼的力臂，L、L₁；
②把金屬塊浸沒在水中，移動鉤碼到合適的位置，使杠桿重新平衡，測出金屬塊與鉤碼的力臂，L、L₂，實驗步驟如圖所示．

點評 本題考查了實驗設計，難度較大，根據所給實驗器材確定實驗原理是正確解題的前提與關鍵．