Question

15．實驗桌上有滿足實驗需要的如下器材：天平（含砝碼）、容器內裝有適量的水的燒杯、輕細線、鐵架臺、底面積為S且側面有刻度的圓柱體金屬塊（其上表面有可拴細線的小孔）．請你利用上述器材設計一個實驗證明：物體沒入水中之前，下表面受到水向上的壓強與它浸在水中的深度成正比．請寫出實驗步驟，畫出實驗數(shù)據(jù)記錄表．

Answer 1

分析 根據(jù)實驗的目的可以確定此實驗大體思路：想法測量出液體內部不同深度處的壓強，然后比較液體壓強大小與所處深度的大小關系．但此題的難點是沒有壓強計，如何測量液體內部不同深度的壓強是難點．故設計思路為：
（1）可以利用該金屬塊的質量和金屬塊在水中的質量，計算出其對水的壓力（也就是水對金屬塊的壓力）．
（2）利用公式p=$\frac{F}{S}$，求出金屬塊浸入水中時受到水對它向上的壓強，通過這種方法計算出液體內部不同深度的壓強，計入表格中分析即可．

解答 解：
實驗步驟：（1）調節(jié)天平，把裝水的燒杯放到天平的左托盤上，測量燒杯和水的總質量m₁并記入數(shù)據(jù)表格；
（2）用細線系住金屬塊，把細線的另一端固定在鐵架臺的橫桿上，讓金屬塊部分體積浸入到天平左托盤上燒杯的水中（金屬塊不與燒杯底部接觸），增加砝碼或移動游碼，天平平衡，記錄天平的讀數(shù)m₂和金屬塊下表面在水中的深度h到數(shù)據(jù)表格；
（3）改變金屬浸在水中的深度，仿照步驟（2）操作5次．
（4）將金屬塊的底面積S記錄到數(shù)據(jù)表格，利用p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{{G}_{2}-{G}_{1}}{S}$=$\frac{{m}_{2}g-{m}_{1}g}{S}$=$\frac{{（m}_{2}-{m}_{1}）g}{S}$，
計算6次金屬下表面的壓強p并記錄到數(shù)據(jù)表格．
實驗數(shù)據(jù)記錄表如下：

m1/kg
m2/kg
h/m
S/m2
p/Pa

點評 在此實驗的設計中，是利用公式p=$\frac{F}{S}$為實驗原理來測量壓強大小的，對彈簧測力計和金屬塊的重力的巧妙運用是本實驗的創(chuàng)新之處，值得我們學習和借鑒．