15.小冉在探究“浮力大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中,用到如下器材:分度值為0.1N的彈簧測力計(jì),底面積為5cm2、高度為6cm的實(shí)心圓柱體銅塊,相同的大燒杯若干,水,密度未知的某種液體,細(xì)線等.

(1)小冉進(jìn)行了如圖所示的實(shí)驗(yàn):A步驟所示彈簧測力計(jì)的示數(shù)為2.7N;用彈簧測力計(jì)掛著銅塊緩慢地浸入液體中不同深度,步驟如圖B、C、D、E、F所示(液體均未溢出),并將其示數(shù)記錄在表中.
實(shí)驗(yàn)步驟BCDEF
彈簧測力計(jì)示數(shù)/N2.62.52.42.42.3
(2)在實(shí)驗(yàn)步驟B中銅塊所受浮力F=0.1N.
(3)分析實(shí)驗(yàn)步驟A、B、C、D,可以說明浮力大小跟物體排開液體體積有關(guān);分析實(shí)驗(yàn)步驟A、E、F,可以說明浮力大小跟液體密度有關(guān).
(4)小冉用表格中的數(shù)據(jù)算出了某種液體的密度是1.3×103kg/m3(結(jié)果保留一位小數(shù)),還算出了步驟B中銅塊下表面受到水的壓強(qiáng)是200Pa,并發(fā)現(xiàn)步驟B、C、D中銅塊下表面受到水的壓強(qiáng)隨著深度的增加逐漸增大(填“增大”或“減小”).
(5)小冉在步驟B的基礎(chǔ)上繼續(xù)探究:保持銅塊下表面所處的位置不變,把彈簧測力計(jì)的拉環(huán)固定在鐵架臺上,緩慢向燒杯內(nèi)加水,發(fā)現(xiàn)彈簧測力計(jì)的示數(shù)逐漸減。ㄌ睢霸龃蟆被颉皽p小”);當(dāng)所加水使銅塊剛好浸沒時(水未溢出),燒杯底部受到水的壓強(qiáng)增加了420Pa.(已知在一定范圍內(nèi),彈簧受到的拉力每減少0.1N,彈簧的長度就縮短0.1cm)

分析 (1)首先看清測力計(jì)的分度值,然后再讀數(shù);
(2)根據(jù)F=G-F可求得浮力;
(3)應(yīng)用控制變量法分析圖示實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)控制的變量與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析答題,然后得出結(jié)論;
(4)已知圓柱體銅塊的底面積和高,可求得其體積,浸沒時,V=V,根據(jù)F=G-F可求得浮力,再利用FgV可求得液體的密度;
由浮力產(chǎn)生的原因可知,步驟B中銅塊下表面受到水的壓力,然后利用p=$\frac{F}{S}$可求得下表面受到水的壓強(qiáng);根據(jù)B、C、D中數(shù)據(jù)分析下表面受到水的壓強(qiáng)隨著深度的增加是如何變化的.
(5)根據(jù)F=G-F可判斷彈簧測力計(jì)的示數(shù)變化,然后利用FgV求得在B步驟時排開水的體積,由h=$\frac{V}{S}$可知此時浸入水的深度,由此當(dāng)所加水使銅塊剛好浸沒時(水未溢出),所加水的深度,再利用p=ρgh求得燒杯底部受到水的壓強(qiáng)增加值.

解答 解:(1)測力計(jì)的分度值為0.1N,由指針位置可知,A步驟所示彈簧測力計(jì)的示數(shù)為2.7N;
(2)由表格數(shù)據(jù)可知,在實(shí)驗(yàn)步驟B中拉力為2.6N,則步驟B中銅塊所受浮力F=G-F=2.7N-2.6N=0.1N,
由A、B、C、D所示實(shí)驗(yàn)可知物體排開液體的體積越大,物體受到的浮力越大,由此可知:浸在同種液體中的物體所受浮力大小跟物體排開液體的體積有關(guān).
由A、E、F,實(shí)驗(yàn)可知,物體排開液體體積相同而液體密度不同,物體受到的浮力不同,這說明物體排開相同體積的液體時,所受浮力大小根液體密度有關(guān).
(3)V=5cm2×6cm=30cm3=3×10-5m3,浸沒時,V=V,
在F圖中,F(xiàn)′=G-F=2.7N-2.3N=0.4N,
由FgV可得:
ρ=$\frac{{F}_{浮}}{g{V}_{排}}$=$\frac{0.4N}{10N/kg×3×1{0}^{-5}{m}^{3}}$≈1.3×103kg/m3;
由浮力產(chǎn)生的原因可知,驟B中銅塊下表面受到水的壓力F=F=0.1N.
下表面受到水的壓強(qiáng)p=$\frac{F}{S}$=$\frac{0.1N}{5×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=200Pa,
由B、C、D中數(shù)據(jù)可知,F(xiàn)逐漸減小,根據(jù)F=G-F可知,浮力增大,即下表面受到水的壓力增大,受力面積不變,由p=$\frac{F}{S}$可知,p逐漸增大,即銅塊下表面受到水的壓強(qiáng)隨著深度的增加逐漸增大;
(5)緩慢向燒杯內(nèi)加水,排開水的體積增大,根據(jù)F=G-F可知,彈簧測力計(jì)的示數(shù)逐漸減;
由FgV可得:V=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.1N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1×10-5m3,
此時銅塊浸入水的深度:
h1=$\frac{{V}_{排}}{S}$=$\frac{1×1{0}^{-5}{m}^{3}}{5×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=0.02m=2cm,
由此當(dāng)所加水使銅塊剛好浸沒時(水未溢出),所加水的深度,h=6cm-2cm=4cm=0.04m,
燒杯底部受到水的壓強(qiáng)增加了p1gh1=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.04m=400Pa,
但由于在一定范圍內(nèi),彈簧受到的拉力每減少0.1N,彈簧的長度就縮短0.1cm,因此
當(dāng)所加水使銅塊剛好浸沒時(水未溢出),此時拉力減小0.2N,則彈簧的長度縮短0.2cm=0.002m,因此還應(yīng)該倒入0.002m高度的水,
故p2gh2=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.002m=20Pa,
因此燒杯底部受到水的壓強(qiáng)增加值△p=p1+p2=400Pa+20Pa=420Pa.
故答案為:(1)2.7;(2)0.1;(3)排開液體的體積;液體的密度;(4)1.3×103;200;增大;(5)減小;420.

點(diǎn)評 本題是較典型的用控制變量法分析實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論的題型.在分析問題時,要明確哪些量是相同的,哪些量是變化的或不同的,正是這些變化的或不同的量導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不同.此題的難點(diǎn)在(5),燒杯底部受到水的壓強(qiáng)增加值△p=p1+p2

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(2)用天平測量硫酸銅溶液和燒杯的總質(zhì)量,如圖甲是小明測量過程中的情景,他的錯誤是在測量過程中調(diào)節(jié)平衡螺母.糾正錯誤后,測得總質(zhì)量m1=103.6g.
(3)將燒杯中的硫酸銅溶液倒入量筒內(nèi)(如圖丙),硫酸銅溶液的體積V=40mL.
(4)接著測量燒杯的質(zhì)量m2,天平平衡時,所用砝碼質(zhì)量及游碼位置(如圖乙),則m2=61.6g,硫酸銅溶液的密度ρ=1.05g/cm3
(5)小明將一滴血液滴入此硫酸銅溶液中,發(fā)現(xiàn)血液懸浮在硫酸銅溶液里,則這滴血液的密度為1.05×103kg/m3,判斷的依據(jù)是懸浮時血液的密度等于硫酸銅溶液的密度.

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表1
次數(shù)U1/VI/A
11.00.20
21.50.30
32.00.40
表2
次數(shù)R1I/A
13.00.50
26.00.33
39.00.25
(1)請按圖甲的電路圖連接好圖乙的實(shí)物圖.
(2)分析表1中的數(shù)據(jù)可得出的結(jié)論是電阻一定時,電流與電壓成正比.
(3)表1中的第一次實(shí)驗(yàn)完成后要想得到第2次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),應(yīng)將圖甲中的滑片向左(選填“左”或“右”)移動.
(4)實(shí)驗(yàn)過程中,若電阻箱斷路,電壓表有(選填“有”或“無”)示數(shù).
(5)分析表2中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)電流與電阻不成反比,原因可能是沒有控制定值電阻兩端的電壓不變.
(6)在探究電流與電阻關(guān)系時,用電阻箱代替定值電阻做實(shí)驗(yàn)的好處是不需要多次改接電路,缺點(diǎn)是要使電阻箱接入的電阻成倍變化時,調(diào)節(jié)旋鈕比較麻煩.

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要求:
(1)寫出主要實(shí)驗(yàn)步驟及所需測量的物理量;
(2)寫出金屬塊密度的數(shù)學(xué)表達(dá)式(用已知量和測量量表示).

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