Question

16．某課外小組的同學想探究浸沒在液體中的物體受到的浮力大小是否跟其浸沒在液面下的深度有關．如圖所示，他們將一高6cm的金屬圓柱體掛在彈簧測力計下端，并緩緩進入水中（水足夠深且水始終未溢出），在圓柱體接觸容器底之前，記下圓柱體下表面所處深度和彈簧測力計相應的拉力，容器的底面積為30cm²，實驗數(shù)據(jù)如下所示．（g取10N/kg，${ρ}_{水}=1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}$）

序號	1	2	3	4	5	6	7
深度h/cm	0	2	4	6	8	10	12
拉力F/N	8.1	7.1	6.1	5.1	5.1	5.1	5.1

（1）為了觀察圓柱體逐漸浸入水中時所受的浮力大小的變化情況，彈簧測力計吊著圓柱體要勻速、緩慢向下放，使圓柱體處于平衡狀態(tài)．
（2）圓柱體的重力為8.1N；圓柱體受到的最大浮力是3N．
（3）圓柱體的密度是2.7×10³kg/m³．
（4）由表可知，浮力的大小與物體浸沒在液體中的深度無關（選填“有關”或“無關”）．
（5）實驗時應先測圓柱體的重力，再將其放入水中測拉力，若先測拉力后測重力，會使浮力的測量結(jié)果偏偏大．

Answer 1

分析 （1）當物體處于平衡狀態(tài)時，物體在拉力、浮力重力作用下平衡，此時彈簧測力計的示數(shù)才等于重力減浮力；
（2）測力計在空氣中的示數(shù)為物體的重力，根據(jù)F_浮=G-F計算出浮力的大�。�
（3）利用阿基米德原理求圓柱體的體積（排開水的體積），再利用密度公式求圓柱體的密度；
（4）根據(jù)表格中深度和測力計示數(shù)分析；
（5）通過稱重法可以測出物體在水中受到的浮力的大小，若測量順序顛倒了，則物塊從水中拿出時會沾有一部分水，影響實驗結(jié)果，使結(jié)果偏大．

解答 解：（1）彈簧測力計吊著圓柱體要勻速、緩慢向下放，則圓柱體處于平衡狀態(tài)；
（2）由表格可知，測力計在空氣中的示數(shù)為物體的重力，即8.1N；物體全部浸入水中時測力計示數(shù)為5.1N，所以F_浮=G-F=8.1N-5.1N=3N；
（3）圓柱體的質(zhì)量：m=$\frac{G}{g}$=$\frac{8.1N}{10N/kg}$=0.81kg；
由F_浮=ρ_水gV_排=ρ_水gV，圓柱體的體積：V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{3N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=3×10^-4m³，
物體的密度為：ρ_物=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.81kg}{3×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=2.7×10³kg/m³．
（4）由表格中的數(shù)據(jù)可知，當物體全部沒入后，隨著深度的增加，測力計示數(shù)不變，即浮力不變，浮力的大小與物體浸沒在液體中的深度無關；
（5）若先測浮力再測重力時，由于物體上面沾有水，所測重力值偏大，根據(jù)公式F_浮=G-F，所測浮力也會偏大．
故答案為：（1）平衡；（2）8.1；3；（3）2.7×10³；（4）無關；（5）偏大．

點評 此題是探究影響浮力大小因素的實驗，考查了稱重法測量浮力應注意的問題及浮力的計算，考查了測力計的讀數(shù)，還涉及到了平衡狀態(tài)的分析；通過讓學生設計實驗探究浮力是否與物體重力有關，考查了控制變量法的應用．