Question

5．小王利用一個彈簧測力計、一個物體、一杯水和一杯液體做了有關(guān)浮力的實驗，如圖所示．在實驗的四個步驟中彈簧測力計的示數(shù)分別為F₁、F₂、F₃、F₄、F₅．（已知水的密度為ρ_水=1.0×10³kg/m³）
（1）分析實驗A和B（C、D、E）（填步驟代號）可知，浸在液體里的物體受到向上的浮力．物體完全浸沒水中時受到的浮力為2N．
（2）分析實驗B、C可知，浮力大小與排開液體的體積有關(guān)．比較實驗D、E可知，浮力還與液體的密度有關(guān)．
（3）圖中F₄=3N．液體的密度=1.1×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）物體處于靜止?fàn)顟B(tài)時一定受到了平衡力的作用，對物體進(jìn)行受力分析從而得出結(jié)論；
（2）在B、C實驗中，液體的密度相同都是水，而物體排開水的體積（物體浸沒在水中的體積）不同；而要探究浮力與液體的密度有關(guān)，就要保證排開液體的體積相同；
（3）物體完全浸沒時浮力大小與浸沒的深度無關(guān)；
根據(jù)稱重法和阿基米德原理分析計算：利用A、C可以計算出V_排，再利用A、D結(jié)合V_排計算ρ_液．

解答 解：（1）①由A、B或A、B、C知，物體浸入水中后，測力計的示數(shù)變小，說明受到水對物體豎直向上的浮力作用；
②根據(jù)圖示可知，物體的重力是F₁，物體完全浸沒水中時彈簧測力計的示數(shù)是F₃，故物體完全浸沒水中時受到的浮力為：F_浮=F₁-F₃=5N-3N=2N；
（2）①在B、C實驗中，液體的密度相同，而物體排開水的體積不同，導(dǎo)致彈簧測力計的示數(shù)不同，即物體受到的浮力不同，說明浮力大小與排開液體的體積有關(guān)；
②根據(jù)控制變量法可知，要探究浮力與液體的密度有關(guān)，就應(yīng)該選擇排開液體的體積相同而不是同種液體的兩組實驗，故選擇D、E；
（3）①C、D都是完全浸沒，排開水的體積相等，所以受到的浮力不變，測力計的示數(shù)相同，則F₄=F₃=3N；
②由（1）知，F(xiàn)_浮=2N，由公式F_浮1=ρ_水gV_排得，
V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{2N}{1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=2×10^-4m³；
此時物體受到的浮力為：F_浮2=G-F₅=5N-2.8N=2.2N；
由F_浮=ρ_液gV_排得：
ρ_液=$\frac{{F}_{浮}}{g{V}_{排}}$=$\frac{2.2N}{10N/kg×2×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=1.1×10³kg/m³．
故答案為：（1）A和B（C、D、E）；2；（2）排開液體的體積；D、E；（3）3；1.1×10³．

點評 熟練掌握阿基米德原理原理及浮力的相關(guān)計算方法，是解決此類實驗題的基礎(chǔ)，很多時候，我們可以通過結(jié)論（阿基米德原理）去推出現(xiàn)象．