Question

5．小明幫爺爺澆菜園．他從井中提水時(shí)發(fā)現(xiàn)盛滿水的桶露出水面越多，提桶的力就越大．由此他猜想：浮力大小可能與物體排開液體的體積有關(guān)．于是他找來一個(gè)金屬圓柱體、彈簧測力計(jì)和燒杯等器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究．
（1）他先在空氣中測出金屬圓柱體的重力G=2.7N，然后將金屬圓柱體逐漸浸入水中（水沒有溢出燒杯），如圖1所示，記下金屬圓柱體浸入水中的深度h和受到的浮力F的對應(yīng)數(shù)據(jù)如表：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4	5	6	7	8
h/cm	2	4	6	8	10	12	14	16
F/N	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0	1.0	1.0	1.0

請你根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)，在圖2中畫出F-h圖線．
（2）分析以上數(shù)據(jù)或圖線可知，物體排開液體的體積越大，所受的浮力越大．
（3）該金屬圓柱體的密度為2.7×10³kg/m³．
（4）爺爺又給小明取來一燒杯鹽水，鼓勵(lì)小明對“浸在液體中的物體所受浮力大小是否與液體的密度有關(guān)”這一問題進(jìn)行探究．請你幫助小明寫出后面的實(shí)驗(yàn)操作步驟．
①用細(xì)線拴住金屬圓柱體，懸掛在彈簧測力計(jì)下；
②將金屬圓柱體完全浸沒在清水中，讀出此時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)F₁；
③將金屬圓柱體完全浸沒在鹽水中，讀出此時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)F₂，比較F₁和F₂的大小，可得出物體所受浮力的大小是否與液體密度有關(guān)．

Answer 1

分析 利用描點(diǎn)法即可做出圖象；
（1）由數(shù)據(jù)或圖線可知，根據(jù)物體排開液體的體積和所受的浮力的數(shù)值變化即可判斷；
（2）由圖象可知，當(dāng)物體完全浸沒時(shí)，浮力的大小不變，根據(jù)稱重法求出浮力，利用公式V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{液}g}$得到物體的體積；已知物體的重力和體積，利用公式ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{G}{gV}$得到其密度；
（3）要探究浮力與液體密度的關(guān)系，保持物體排開不同液體的體積一定，分半測出物體受到的浮力，比較再浮力與密度的關(guān)系．

解答 解：（1）利用描點(diǎn)法作出圖象，如下圖：

（2）由數(shù)據(jù)或圖線可知，隨著物體浸入水中體積的增大，物體受到的浮力不斷增大；所以，物體排開液體的體積越大，所受的浮力越大；
（3）由G=mg得，圓柱體的質(zhì)量為m=$\frac{G}{g}$=$\frac{2.7N}{10N/kg}$=0.27kg；
當(dāng)物體完全浸沒時(shí)，受到的浮力F_浮=1.0N，
由F_浮=ρ_液gV_排可得，圓柱體的體積：V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.0N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1×10^-4_m3，
圓柱體的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.27kg}{1×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=2.7×10³kg/m³；
（4）要探究浮力與液體密度的關(guān)系，需要保持物體排開液體的體積相同，分別測出物體在不同液體中受到的浮力，所以第三步是：將金屬圓柱體完全浸沒在鹽水中，讀出此時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)F₂，比較F₁和F₂的大小，可得出物體所受浮力的大小是否與液體密度有關(guān)．
故答案為：（1）如上圖；（2）越大；（3）2.7×10³；
（4）將金屬圓柱體完全浸沒在鹽水中，讀出此時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)F₂，比較F₁和F₂的大小，可得出物體所受浮力的大小是否與液體密度有關(guān)．

點(diǎn)評(píng) 此題通過實(shí)驗(yàn)得出了物體所受浮力與排開液體體積的關(guān)系，同時(shí)考查了有關(guān)浮力公式及密度公式的應(yīng)用，根據(jù)完全浸沒時(shí)的浮力得出物體的體積是計(jì)算密度的關(guān)鍵．