Question

在探究“影響浮力大小的因素”時(shí)，某班同學(xué)猜想浮力大小可能與液體的密度、物體浸在液體中的深度以及物體排開液體的體積有關(guān)，設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)．老師為同學(xué)們準(zhǔn)備了以下實(shí)驗(yàn)器材：彈簧測(cè)力計(jì)、裝有水的玻璃燒杯、裝有酒精的玻璃燒杯、頂端帶有掛鉤的金屬塊、細(xì)線．

（1）甲同學(xué)把金屬塊浸入同種液體中，通過比較②③④可知，金屬塊的浮力______了，因此甲同學(xué)認(rèn)為“物體浸在液體中越深，受到的浮力越大”； 乙同學(xué)通過比較④⑤可知，金屬塊浮力的大小不變，因此乙同學(xué)認(rèn)為“浮力大小與物體浸在液體中的深度無(wú)關(guān)”． 請(qǐng)你分析甲、乙兩同學(xué)的實(shí)驗(yàn)過程，你認(rèn)為不正確的是______同學(xué)的觀點(diǎn)，理由是______．
（2）通過以上分析可知，物體浸沒前，浸入的越深，物體______越大，受到的浮力越大；浸沒后，浸入的深淺不同，但所受浮力______．
（3）若選用的操作是⑤⑥，可探究浮力的大小與______的關(guān)系．實(shí)驗(yàn)結(jié)論是______．實(shí)驗(yàn)中他采用了______的研究方法．
（4）物體完全浸沒在水中所受的浮力是______N；物體完全浸沒在酒精中所受的浮力是______N．
（5）根據(jù)圖中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該金屬塊的密度是______kg/m³．（g取10N/kg）

Answer 1

解：（1）由圖①知物體重力G=10N，圖②中彈簧測(cè)力計(jì)的拉力為F₁=9N，所以浮力為F_浮1=G-F₁=10N-9N=1N；
圖③中彈簧測(cè)力計(jì)的拉力為F₂=8N，所以浮力為F_浮2=G-F₂=10N-8N=2N；
圖④中彈簧測(cè)力計(jì)的拉力為F₃=7N，所以浮力為F_浮3=G-F₃=10N-7N=3N；
通過比較②③④可知，金屬塊的浮力變大了；
在探究浮力的大小和物體浸在液體中深度的關(guān)系，一定要采用控制變量法控制液體的密度和物體排開液體的體積（等于物體浸入液體的體積）一定，甲同學(xué)是在物體沒有浸沒之前改變物體浸入深度的，物體深度增大，排開液體的體積也增大了，浮力增大就不一定是物體浸在液體的深度引起的；而乙同學(xué)則是在物體浸沒之后改變浸入深度的，物體深度增大，排開液體的體積不變，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)不變，從而說(shuō)明了浮力的大小和物體浸在液體中的深度無(wú)關(guān)；
（2）通過以上分析可知，物體浸沒前，浸入的越深，物體排開水的體積越大，根據(jù)F_浮=ρ_液gV_排可知，液體密度不變，V_排越大，浮力越大；
浸沒后，浸入的深淺不同，但液體密度和排開水的體積都不變，所以受浮力不變；
（3）若選用的操作是⑤⑥，控制排開液體的體積不變，改變液體密度，可探究浮力的大小與液體密度之間的關(guān)系；
由圖可知，液體密度越大，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)越小，表示浮力越大，所以得出的結(jié)論是：在排開液體體積相同的情況下，液體密度越大，物體受的浮力越大；
（4）物體完全浸沒在水中所受的浮力是F_浮4=G-F₄=10N-7N=3N；
物體完全浸沒在酒精中所受的浮力是F_浮5=G-F₅=10N-7.6N=2.4N；
（5）物體完全浸沒在水中所受的浮力F_浮4=3N，
∵F_浮=ρ_液gV_排
∴物體體積V=V_排===3×10^-4m³，
∵G=mg=ρVg
∴物體密度ρ_物==≈3.3×10³kg/m³．
故答案為：（1）變大；甲；甲同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中，未控制物體浸入液體的體積不變；（2）排開水的體積；不變；（3）液體密度；在排開液體體積相同的情況下，液體密度越大，物體受的浮力越大；控制變量；（4）3；2.4；（5）3.3×10³．
分析：（1）此題采用稱重法求物體受的浮力，根據(jù)圖中物體重力和彈簧測(cè)力計(jì)的拉力求出每次實(shí)驗(yàn)中物體受的浮力大小，得出答案；
要探究物體所受浮力的大小和物體浸在液體中深度的關(guān)系，就要采用控制變量法控制液體的密度和物體排開液體的體積一定，最好的辦法就是讓同一個(gè)物體浸沒在同種液體的不同深度處，測(cè)出浮力的大小，進(jìn)行比較，得出結(jié)論；
（2）根據(jù)F_浮=ρ_液gV_排分析出答案；
（3）根據(jù)兩次實(shí)驗(yàn)中的變化量和不變量，采用控制變量法做出分析，得出結(jié)論；
（4）采用稱重法求物體受的浮力；
（5）根據(jù)物體完全浸沒在水中所受的浮力求出物體的體積，再根據(jù)G=mg=ρVg求出物體的密度．
點(diǎn)評(píng)：點(diǎn)評(píng)：本題考查了學(xué)生對(duì)影響浮力大小因素的實(shí)驗(yàn)和浮力、密度計(jì)算公式的理解和掌握，關(guān)鍵是稱重法測(cè)浮力的理解與應(yīng)用．