Question

6．某小組同學探究“浸在水中時，物體所受浮力的大小”．
（1）①首先，他們進行“比一比，誰的小船貨物裝得多”的活動，裝載貨物前后的實驗現(xiàn)象如圖1所示．請你仔細觀察、比較圖1（a）和（b），并簡要描述相關(guān)現(xiàn)象：小船浸入深度增大、排開水增多、容器中水面升高．

由此，三位同學提出了不同的猜想A、B和C．
猜想A：浮力的大小跟物體浸入水中的深度有關(guān)．
猜想B：浮力的大小跟物體排開水的多少有關(guān)．
猜想C：浮力的大小跟物體所受重力的大小有關(guān)．
②接著，該小組同學利用彈簧測力計、溢水杯、小桶（不計重力）、水等器材進行實驗．他們先在可密封的圓柱體內(nèi)裝一些小鉛粒，然后用細線將圓柱體懸掛在測力計下．當此圓柱體分別在空氣中和水中不同的深度處保持靜止時，測力計的示數(shù)和小桶中的水量如圖所示．他們通過思考圖2中“測力計示數(shù)變化的原因”，得到浮力測量的方法．
根據(jù)圖（c）和（d）所示的測力計示數(shù)、小桶中水量等變化情況，可排除猜想A（選填“A”、“B”或“C”）；
在猜想B的基礎(chǔ)上（選填“A”、“B”或“C”），進一步分析并形成假設(shè)D：物體在水中所受浮力的大小等于它排開水的重力．
③為了驗證假設(shè)D，繼續(xù)實驗，他們記錄了圓柱體在空氣中、水中靜止時的測力計示數(shù)F和小桶所收集的排開水的重力G_排，其部分數(shù)據(jù)見表一，則該柱體的重力為3.2N．隨后，他們又在該圓柱體添加了若干鉛粒，重復上述實驗，其部分數(shù)據(jù)見表二：
表一　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

實驗 序號	F （牛）	G排 （牛）
1	3.2	0
2	2.8	0.4
3	2.4	0.8
4	2.0	1.2
5	2.0	1.2

表二

實驗 序號	F （牛）	G排 （牛）
6	4.6	0
7	4.0	0.6
8	3.6	1.0
9	3.4	1.2
10	3.4	1.2

（2）①分析、比較表一或表二的數(shù)據(jù)，初步驗證假設(shè)D是正確．（選填“正確”或“錯誤”）
②分析、比較表一和表二的數(shù)據(jù)，可得出其它的初步結(jié)論是體所受浮力的大小跟該物體所受重力的大小無關(guān)．
③如果在上述表二對應(yīng)的實驗中所用的圓柱體是一個實心的圓柱體，請你根據(jù)表二的數(shù)據(jù)計算出改圓柱體的密度可能為3.8×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）仔細觀察、比較圖1（a）和（b），從水面高度變化、小船浸入深度、排開水的多少幾個方面可對現(xiàn)象進行描述；
（2）圖2（c）和（d）所示的測力計示數(shù)相同、小桶中水量沒有變化，只是物體浸沒的深度不同，說明浸沒深度對彈簧測力計的示數(shù)沒有影響，據(jù)此可排除猜想A；
猜想B中指出浮力的大小跟物體排開水的多少有關(guān)，我們進一步推理，排開水的多少反映了浮力的大小，可通過實驗找出兩者的數(shù)量關(guān)系，從而得出假設(shè)D；
（3）表一中物體的重力為3.2N，減去它每次的彈簧測力計拉力，就是浮力的大小，再與G_排進行比較，可得出二者的大小關(guān)系；
（4）根據(jù)表格中數(shù)據(jù)計算出物體完全浸沒時所受的浮力，根據(jù)V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{液}g}$計算出物體的密度，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{G}{gV}$計算出物體的密度．

解答 解：
（1）①觀察、比較圖1（a）和（b），可以看出，當在小船中放入重物后，主要現(xiàn)象有：小船浸入深度增大、排開水增多、容器中水面升高；
②觀察圖2（c）和（d）中的測力計示數(shù)、小桶中水量等變化情況可知，測力計示數(shù)不變，小桶中水量不變，因此可說明浮力的大小與物體浸沒的深度無關(guān)，故可排除猜想A；
在猜想B的基礎(chǔ)上，進一步分析可得出物體在水中所受浮力的大小跟物體排開水所受重力的關(guān)系，因此可形成假設(shè)D：浮力的大小等于它排開的水所受的重力；
③圓柱體浸入水中前，彈簧測力計的示數(shù)即為該柱體的重力為3.2N；
（2）①根據(jù)稱重法F_浮=G-F_拉，可依次求出每次物體浸入時所受的浮力，如序號2所受浮力=3.2N-2.8N=0.4N，與G_排相比較可以看出，二者的大小是相同的．同樣的方法可分析表一、表二中的其他數(shù)據(jù)，也可以得出相同的結(jié)論．因此，初步驗證假設(shè)D是正確的；
②表一與表二的實驗條件變化還有就是將物體的重力增大了，在排開水的體積不變的情況下，我們發(fā)現(xiàn)，物體的重力大小對浮力并沒有造成影響，因此，可得出初步的結(jié)論：在水中物體所受浮力的大小跟該物體所受重力的大小無關(guān)．
③由第10次實驗知，當物體完全浸沒時，F(xiàn)_浮=G_排=1.2N；
V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{液}g}$=$\frac{1.2N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.2×10^-4m³；
圓柱體的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{G}{gV}$=$\frac{4.6N}{10N/kg×1.2×1{0}^{-4}{m}^{3}}$≈3.8×10³kg/m³．
故答案為：
（1）①小船浸入深度增大、排開水增多、容器中水面升高；
②A； B； 它排開水的重力；
③3.2；
（2）①正確；
②體所受浮力的大小跟該物體所受重力的大小無關(guān)；
③3.8×10³．

點評 （1）在觀察現(xiàn)象時應(yīng)從水面的變化、小船浸入的深度、排水的多少等方面全面描述；
（2）在分析實驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)時，應(yīng)根據(jù)控制變量法的要求，明確變量與不變量是哪些，再通過觀察所研究的量對彈簧測力計示數(shù)的影響最終做出判斷；
（3）浮力的大小可通過稱重法依次求出，通過比較浮力的大小與排開水的重力的大小可得出第一個問題的結(jié)論；而從表一到表二的變化，應(yīng)重點注意是物體的排水體積沒變，只是物體自身重力改變了，而這一變化不會對浮力的大小造成影響．