Question

16．同學們用空塑料瓶和細沙等實驗器材探究影響浮力大小因素，（g取10N/kg，ρ_水=1×10³kg/m³）

（1）為了測出塑料瓶的體積，進行如下操作，
①把天平放在水平桌面上，調(diào)節(jié)天平平衡，在左盤中放入盛有適量水的燒杯，通過增減砝碼和移動游碼使天平再次平衡，所加砝碼和游碼的位置如圖甲所示，燒杯和水的總質(zhì)量為133g．
②在空塑料瓶中裝入適量細沙，擰緊瓶蓋，在瓶頸系一細繩，手拿細繩將塑料瓶完全浸沒于燒杯的水中（瓶沒有接觸燒杯，水未溢出），通過增減砝碼和移動游碼使天平再次獲得平衡，所用砝碼總質(zhì)量和游碼所示質(zhì)量之和為167g，塑料瓶的體積是34cm³．
（2）同學們根據(jù)生活經(jīng)驗提出了如下三種猜想，并舉出了相應的實例
猜想一，浮力的大小與物體的密度有關(guān)，實例：鐵塊可以在水中下沉，木頭可以浮在水面上
猜想二，浮力的大小與液體的密度有關(guān)，實例：雞蛋可以在水中下沉，在鹽水中可以浮起來
猜想三，浮力的大小與浸入液體的深度有關(guān)，實例：在游泳池里，人越往下蹲感覺到水向上托自己的力越大
為了驗證以上猜想是否正確，同學們選擇了裝入細沙的塑料瓶和其他實驗器材進行探究，實驗過程如圖乙所示．
①根據(jù)實驗步驟d和e（填序號），可以確定猜想二是正確的；
②根據(jù)實驗步驟c和d可以驗證猜想三是錯誤（選填“正確”或“錯誤”）；對該猜想對應的實例，合理的解釋是在游泳池里，人越往下蹲排開水的體積越大，人受到的浮力越大，說明浮力的大小與物體排開液體的體積有關(guān)．
③要驗證猜想一是否正確，可以在塑料瓶中添加一些細砂后再進行探究．
④同學們討論認為，猜想一和猜想二中的實例反應了物體的浮與沉可能與密度有關(guān)，要選用一個能漂浮在圖e中鹽水上的物體時，物體的密度應小于1.1g/cm³（計算結(jié)果保留1位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）①質(zhì)量等于砝碼的質(zhì)量加游碼對應的刻度值；
②根據(jù)①②可求得塑料瓶排開水的質(zhì)量，然后可求得塑料瓶排開水的體積，由于塑料瓶浸沒，所以V_排=V_塑料瓶；
（2）①彈簧測力計示數(shù)的減小等于物體在液體中受到的浮力；重力與浮力比較大小可判斷出是否下沉；二圖比較可得浮力與液體密度的關(guān)系；
②比較acd得出兩次浮力的大小關(guān)系，研究浮力大小與浸入液體的深度有無關(guān)系時，應控制其它的因素相同，只改變浸入液體的深度；根據(jù)猜想3舉出一個物體浸入液體的深度不同的生活中的實例即可；
③在塑料瓶中添加一些細砂可以改變塑料瓶整體的密度；
④根據(jù)阿基米德原理可以求出雁水電密度．

解答 解：（1）①燒杯和水的總質(zhì)量為：m=100g+20g+10g+3g=133g，
②由①②步驟可知，塑料瓶排開水的質(zhì)量m_排水=167g-133g=34g，
由ρ=可得，V_排水=$\frac{{m}_{排水}}{{ρ}_{水}}$=，
因為鐵塊浸沒，所以V_鐵=V_排水=$\frac{34g}{1g/c{m}^{3}}$=34cm³，
由C、D可知，鐵塊排開液體的質(zhì)量m_排液=m₃-m₄，
因為鐵塊浸沒，所以V_鐵=V_排水=V_排液，
（2）①物體浸沒水中受到的浮力F_浮=0.4N-0.06N=0.34N；物體浸沒在鹽水中受到的浮力F_浮=0.4N-0.02N=0.38N；因為，浮力不相等，而物體所處的深度和浸沒的體積相同，則是液體的種類（密度）不同的引起的，說明浮力的大小與液體的密度有關(guān)，根據(jù)實驗d、e可以確定猜想二是正確的；
②物體在c、d中（排開液體的密度相同，都是水）中受到的浮力相同，而排開液體的體積都等于物體的體積，但物體所處的深度不同，故得出：物體浸在同種液體中，所受浮力大小與浸入液體的深度無關(guān)．根據(jù)實驗步驟c和d可以驗證猜想三是錯誤的；
對該猜想對應的實例，合理的解釋是：在游泳池里，人越往下蹲排開水的體積越大，人受到的浮力越大，說明浮力的大小與物體排開液體的體積有關(guān)；
③要驗證猜想一是否正確，即浮力的大小與物體的密度有關(guān)，根據(jù)控制變量法要改變物體的密度，在物體體積不變時，在塑料瓶中添加一些細砂可以改變塑料瓶整體的密度；
④由a、c兩圖知，物體浸沒在水中所受浮力：F_浮=G-F′=0.4N-0.06N=0.34N；
物體浸沒在鹽水中受到的浮力F_浮′=0.4N-0.02N=0.38N；
由阿基米德原理可得：F_浮=ρ_水gV_排=0.34N------（Ⅰ），F(xiàn)_浮′=ρ_鹽水gV_排=0.38N-------（Ⅱ）
浸沒時V_排相等，由（Ⅰ）（Ⅱ）可得鹽水的密度：
ρ_鹽水=$\frac{{F}_{浮}′{ρ}_{水}}{{F}_{浮}}$=$\frac{0.38N×1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}{0.34N}$=1.1×10³kg/m³=1.1g/cm³．
物體的浮與沉與密度有關(guān)，要選用一個能漂浮在圖e中鹽水上的物體時，物體的密度應小于1.1g/cm³．
故答案為：（1）①133；②34；
（2）①e；②錯誤；在游泳池里，人越往下蹲排開水的體積越大，人受到的浮力越大，說明浮力的大小與物體排開液體的體積有關(guān)；③添加一些細砂；④1.1．

點評 本題主要考查用空塑料瓶和細沙等實驗器材探究影響浮力大小因素的實驗，阿基米德原理以及控制變量法的使用，是一道綜合題．