12.熱愛(ài)物理的小李和小楊同學(xué)想進(jìn)行有關(guān)浮力與密度的探究,于是利用家里的電子秤、玻璃杯、木塊、水、醬油、牙簽等進(jìn)行有關(guān)浮力與密度的探究.如圖所示,

(1)小李想先測(cè)木塊的密度,他利用調(diào)好的電子秤進(jìn)行了以下操作:
①燒杯中裝適量水,用電子秤稱出燒杯和水的質(zhì)量,如圖A
②將木塊放入燒杯中,稱出木塊漂浮在水中時(shí)燒杯的總質(zhì)量,如圖B
③用牙簽逐漸把木塊壓沒(méi)入水中(木塊沒(méi)有接觸燒杯壁和底),分別記下木塊在不同位置時(shí)電子秤的讀數(shù),如圖C、D、E.
小李據(jù)步驟A、B計(jì)算出木塊質(zhì)量為40g,根據(jù)A、E的操作,計(jì)算出木塊的體積為90cm3.然后計(jì)算出木塊的密度.愛(ài)思考的小楊卻提出了不同的看法,她認(rèn)為軟木塊浸入水中后會(huì)吸水,所以小李測(cè)得的木塊密度應(yīng)該比真實(shí)值偏大(選填“偏大”“偏小”或“不變”).
為了減小誤差,聰明的小李想到了一個(gè)好辦法,他將E步驟中木塊取出用毛巾擦干水后放電子秤上再次稱量了一次,如圖中F,很快就計(jì)算出木塊密度為0.4g/cm3
(2)愛(ài)思考的小楊同學(xué)認(rèn)為,剛才的實(shí)驗(yàn)還能探究影響浮力大小的因素:
比較分析實(shí)驗(yàn)步驟A、B、C、D、E中電子秤的讀數(shù),浸在水中的木塊所受的浮力與排開液體的體積有關(guān);將杯中的水換成相同體積的醬油進(jìn)行了如圖G、H的操作,對(duì)比實(shí)驗(yàn)步驟A、E和G、H中電子秤的讀數(shù)可知,木塊受的浮力還與排開液體的密度有關(guān).
(3)聰明的兩位同學(xué)繼續(xù)討論,根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟B、E和G、H可知醬油的密度為1.1g/cm3,在步驟G把木塊壓沒(méi)入醬油中需要0.59N的力(不考慮木塊吸入液體對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響).

分析 (1)a、將燒杯、水、木塊視為一個(gè)整體,mB-mA即為木塊的質(zhì)量(mB表示圖B中電子秤的示數(shù),以下類似),mE-mA為木塊被壓浸沒(méi)時(shí)排開水的質(zhì)量,由此求出木塊的體積;
b、考慮木塊的吸水性(不考慮木塊吸水膨脹),在圖E實(shí)驗(yàn)時(shí),測(cè)出的質(zhì)量偏小,故求出的物體體積偏小,測(cè)出的木塊密度偏大;
c、按上面的分析,求出吸水木塊的體積,根據(jù)圖F中吸水木塊的質(zhì)量即可求密度;
(2)運(yùn)用控制變量法,找出不變的量和變化的量,確定浮力大小與變化量之間的關(guān)系;
(3)根據(jù)圖E、H,物體排開液體的體積都等于木塊自身的體積,根據(jù)阿基米德原理列方程求醬油的密度;根據(jù)力的平衡,求把木塊壓沒(méi)入醬油中的壓力大。

解答 解:(1)將燒杯、水、木塊視為一個(gè)整體,木塊的質(zhì)量m=mB-mA=140g-100g=40g;
在圖A實(shí)驗(yàn)中,燒杯和水對(duì)電子秤的壓力FA=mAg=G+G…①,用牙簽將木塊壓入水中浸沒(méi)時(shí)(圖E中),電子秤受到的壓力FE,除包含G+G+G外,還受到除這個(gè)整體外的一個(gè)壓力F壓水的作用,
故FE=mEg=G+G+G+F壓水,而根據(jù)力的平衡,此時(shí)木塊(浸沒(méi))受到的浮力
F=G+F壓水,故FE=mEg=G+G+F…②,
②-①得:FE-FA=F,即(mE-mA)g=ρgV,(mE-mA)=ρV,即圖E、A相比電子秤增加的質(zhì)量等于木塊被壓浸沒(méi)時(shí)排開水的質(zhì)量,故木塊的體積V=$\frac{{m}_{E}{-m}_{A}}{{ρ}_{水}}$=$\frac{190g-100g}{1g/c{m}^{3}}$=90cm3;
考慮木塊的吸水性(不考慮木塊膨脹),木塊吸水后浸沒(méi)時(shí)排開水的質(zhì)量保持不變,而玻璃杯及水(減小)的總質(zhì)量減小,所以,E圖中電子秤的示數(shù)偏小,故求出的木塊的體積偏;而根據(jù)圖A、E求出的木塊的質(zhì)量不受影響,根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$,小李測(cè)得的木塊密度應(yīng)該比真實(shí)值偏大;
由圖F知,吸水木塊的質(zhì)量為m′=50g,木塊從杯中吸水50g-40g=10g,所以,木塊的實(shí)際體積
V′=$\frac{190g+10g-100g}{1g/c{m}^{3}}$=100cm3,
木塊的密度ρ′=$\frac{{m}_{木}}{{V′}_{木}}=\frac{40g}{100c{m}^{3}}$=0.4g/cm3;
(2)電子秤增加的質(zhì)量等于木塊被壓浸入水中時(shí)排開水的質(zhì)量,比較分析實(shí)驗(yàn)步驟A、B、C、D、E中電子秤的讀數(shù),從B-D讀數(shù)越來(lái)越大,D、E示數(shù)不變,故得出的結(jié)論是:在排開液體的密度不變的情況下,物體受到的浮力與物體排開液體的體積有關(guān);
對(duì)比步驟A、E和G、H電子秤的讀數(shù),木塊在圖E中受到的浮力FE=(mE-mA)g=90×10-3×10N=0.9N,在圖H中木塊受到的浮力FH=(mH-mF)g=(205-106)×10-3×10N=0.99N,因物體排開液體的體積不變,所以,得出的結(jié)論是:木塊受到的浮力還與排開液體的密度有關(guān);
(3)在圖E、H 中,因物體排開液體的體積不變,根據(jù)阿基米德原理,$\frac{{F}_{E}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{{F}_{H}}{{ρ}_{油}g}$,
醬油的密度ρ油=$\frac{{F}_{H}}{{F}_{E}}{×ρ}_{水}$=$\frac{0.99}{0.9}$×1g/cm3=1.1g/cm3;
根據(jù)力的平衡,G+F壓油=FH,在步驟G把木塊壓沒(méi)入醬油中需要的壓力
F壓油=FH-G=0.99N-40×10-3kg×10N/kg=0.59N.
故答案為:(1)40;90;偏大;0.4;
(2)排開液體的體積;排開液體的密度;
(3)1.1;0.59.

點(diǎn)評(píng) 本題中以生活中見(jiàn)的器材和材料做探究實(shí)驗(yàn),在只有測(cè)質(zhì)量工具的條件下,涉及測(cè)量物體體積和密度的方法,重點(diǎn)考查了影響浮力大小的因素、力的平衡、控制變量法和對(duì)測(cè)量結(jié)果的評(píng)估能力,并能嘗試改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案的能力.此題綜合性強(qiáng),難度大,屬于壓軸題.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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20.物理興趣小組設(shè)計(jì)了一個(gè)便攜式水深測(cè)量?jī)x.它主要是由探頭A和控制盒B構(gòu)成,它們之間用有絕緣皮的細(xì)導(dǎo)線相連形成回路,如圖甲所示.其中探頭A是一個(gè)底面積為10cm2、高5cm、重2.5N的圓柱體,探頭A的底部為壓敏電阻R(R與水接觸的表面涂有絕緣漆),工作時(shí)底部始終與水平面相平,壓敏電阻R隨表面壓力大小的變化如圖乙所示.A和B間的電路連接關(guān)系如圖丙所示,其中電源電壓恒為3V,電流表盤改裝成深度表(導(dǎo)線的重力與體積均不計(jì)).興趣小組的同學(xué)將探頭A緩慢放入水中,求:

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(1)請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線,將圖甲的電路連接完整;
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(3)排除故障后,將滑片移到某位置時(shí),電路中電流表的示數(shù)如圖乙所示,電壓表示數(shù)為2.5V,此時(shí)燈絲的電阻是12.5Ω;
(4)經(jīng)多次實(shí)驗(yàn),測(cè)得多組電壓、電流值,將數(shù)據(jù)繪制成如圖丙所示的I-U圖象,由此發(fā)現(xiàn):燈絲的電阻是變化的,原因是燈絲的電阻受溫度影響.

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7.冬天來(lái)臨,老人喜歡曬曬太陽(yáng),這是通過(guò)熱傳遞方式改變內(nèi)能;同學(xué)們做作業(yè)久了,喜歡搓搓手,這樣手會(huì)暖和一點(diǎn),這是通過(guò)做功方式改變內(nèi)能.

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17.小明利用如圖所示的裝置,探究在水平面上阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響,進(jìn)行如下操作:
a、如圖甲,將毛巾鋪在水平木板上,讓小車從斜面頂端由靜止滑下,觀察小車在水平面上通過(guò)的距離.
b、如圖乙,取下毛巾,將棉布鋪在斜面和木板上,讓小車從斜面頂端由靜止滑下,觀察小車在水平面上通過(guò)的距離.
c、如圖丙,取下棉布,讓小車從斜面頂端由靜止滑下,觀察小車在水平面上通過(guò)的距離.
請(qǐng)針對(duì)以上操作回答下列問(wèn)題:
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(2)對(duì)比兩次正確實(shí)驗(yàn)操作能說(shuō)明:小車受到的阻力越小,通過(guò)的距離越遠(yuǎn).
(3)糾正錯(cuò)誤后,多次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析,并進(jìn)一步推測(cè):在水平面上滑行的小車,如果受到的阻力為零,它將做勻速直線運(yùn)動(dòng).
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同步練習(xí)冊(cè)答案