Question

7．有一小塊不溶于水的復(fù)合地板材料（比量筒口稍大），已知它的密度比水小，嘵梅同學(xué)想探究它受浮力的大小，以及想知道它的密度的準(zhǔn)確值，她和她的學(xué)習(xí)小組選用了下列實(shí)驗(yàn)器材：牙簽、天平、燒杯、量筒和水．實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于小物塊不能直接放在量筒里，因而它進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）他用天平測(cè)出了小物塊的質(zhì)量為40g．
（2）向燒杯中倒入了適量的水，在水面處的燒杯壁上做標(biāo)記A； 將小物塊放入燒杯中使其漂浮在燒杯的水面上，在此時(shí)水面燒杯壁上做標(biāo)記B，取出小物塊燒杯水面回到A處．
（3）向量筒中加入適量的水并記錄體積為80ml，將量筒中的水緩慢倒入燒杯中，使燒杯中的水位到達(dá)B處，此時(shí)量筒中剩余水的體積為40ml，如圖所示．
請(qǐng)你完成以下內(nèi)容：
A．小物塊排開(kāi)水所受的重力是0.4N．（g取10N/kg）
B．實(shí)驗(yàn)中探究出大小相等的兩個(gè)物理量是浮力；排開(kāi)水的重力．
C．利用上述實(shí)驗(yàn)器材，請(qǐng)你設(shè)計(jì)出測(cè)定小物塊密度的方法，寫出實(shí)驗(yàn)步驟：①用天平測(cè)出小物塊的質(zhì)量m；
②向燒杯中倒入適量的水，在水面處的燒杯壁上做標(biāo)記A；
③將小物塊放入燒杯并用牙簽按壓使其完全浸沒(méi)，在此時(shí)水面處燒杯壁上做標(biāo)記B，取出小物塊燒杯水面回到A處．
④向量筒中加入適量的水并記錄體積為V₁，將量筒中的水緩慢倒入燒杯中，使燒杯中的水位到達(dá)B處，記錄此時(shí)量筒中剩余水的體積為V₂，計(jì)算出小物塊的體積V=V₁-V₂；
⑤根據(jù)公式ρ=$\frac{m}{V}$，利用測(cè)得小物塊的質(zhì)量和體積計(jì)算出小物塊的密度．．

Answer 1

分析 A、物塊放入燒杯中，水面由A處上升到B處，由A到B增加的體積的是物塊排開(kāi)水的體積；取出物塊后，水面下落到A處，從量筒中倒入燒杯中水的體積為40ml，正好填充了物塊排開(kāi)水的體積，即物塊排開(kāi)水的體積等于量筒中減少的40ml體積，根據(jù)G_排=m_排g=ρ_水V_排g求出物塊排開(kāi)水所受的重力；
B、物塊漂浮在水面上，漂浮時(shí)浮力等于物塊的重力，已知物塊的質(zhì)量40g，根據(jù)F_浮=G_物=mg可得物塊受到的浮力，然后比較浮力和排開(kāi)水的重力的大小關(guān)系；
C、要測(cè)出物塊的密度，就要測(cè)出物塊的質(zhì)量和體積；在所給器材中有天平，可用天平測(cè)出物塊的質(zhì)量；物塊比量筒口稍大，不能直接用量筒測(cè)體積，只能借助燒杯來(lái)測(cè)量體積；又因?yàn)槲飰K在水中是漂浮的，需要用牙簽按壓使其完全浸沒(méi)在水中，仿照步驟（2）和（3）的方法可測(cè)出物塊的體積，由ρ=$\frac{m}{V}$算出物塊的密度．據(jù)此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟．

解答 解：
A、根據(jù)步驟（2）和（3）可知，小物塊排開(kāi)水的體積等于倒入燒杯中水的體積，
即V_排=80ml-40ml=40ml=40m³；
小物塊排開(kāi)水所受的重力為：
G_排=m_排g=ρ_水V_排g=1.0×10³kg/m³×40×10^-6m³×10N/kg=0.4N；
B、因?yàn)樾∥飰K漂浮在燒杯的水面上，
所以，小物塊所受的浮力為：F_浮=G_物=mg=0.04kg×10N/kg=0.4N；
比較可知，浮力和排開(kāi)水的重力相等，均為0.4N．
C、要測(cè)出物塊的密度，就要測(cè)出物塊的質(zhì)量和體積；在所給器材中有天平，可用天平測(cè)出物塊的質(zhì)量；物塊比量筒口稍大，不能直接用量筒測(cè)體積，只能借助燒杯來(lái)測(cè)量體積；又因?yàn)槲飰K在水中是漂浮的，需要用牙簽按壓使其完全浸沒(méi)在水中，仿照步驟（2）和（3）的方法可測(cè)出物塊的體積；
所以，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟為：
①用天平測(cè)出小物塊的質(zhì)量m；
②向燒杯中倒入適量的水，在水面處的燒杯壁上做標(biāo)記A；
③將小物塊放入燒杯并用牙簽按壓使其完全浸沒(méi)，在此時(shí)水面處燒杯壁上做標(biāo)記B，取出小物塊燒杯水面回到A處．
④向量筒中加入適量的水并記錄體積為V₁，將量筒中的水緩慢倒入燒杯中，使燒杯中的水位到達(dá)B處，記錄此時(shí)量筒中剩余水的體積為V₂，計(jì)算出小物塊的體積V=V₁-V₂；
⑤根據(jù)公式ρ=$\frac{m}{V}$，利用測(cè)得小物塊的質(zhì)量和體積計(jì)算出小物塊的密度．
故答案為：A：0.4；
B：浮力； 排開(kāi)水的重力；
C：①用天平測(cè)出小物塊的質(zhì)量m；
②向燒杯中倒入適量的水，在水面處的燒杯壁上做標(biāo)記A；
③將小物塊放入燒杯并用牙簽按壓使其完全浸沒(méi)，在此時(shí)水面處燒杯壁上做標(biāo)記B，取出小物塊燒杯水面回到A處．
④向量筒中加入適量的水并記錄體積為V₁，將量筒中的水緩慢倒入燒杯中，使燒杯中的水位到達(dá)B處，記錄此時(shí)量筒中剩余水的體積為V₂，計(jì)算出小物塊的體積V=V₁-V₂；
⑤根據(jù)公式ρ=$\frac{m}{V}$，利用測(cè)得小物塊的質(zhì)量和體積計(jì)算出小物塊的密度．

點(diǎn)評(píng) 此題主要考查了阿基米德原理、物體的漂浮條件、測(cè)固體密度的特殊方法，對(duì)學(xué)生的分析能力和解決問(wèn)題的能力要求較高，難點(diǎn)是借助燒杯和量筒來(lái)測(cè)量物體的體積．