Question

6．小冉在探究“浮力大小與哪些因素有關(guān)”的實驗中，用到如下器材：分度值為0.1N的彈簧測力計，底面積為5cm²、高度為6cm的實心圓柱體銅塊，相同的大燒杯若干，水，密度未知的某種液體，細(xì)線等．（g=10N/kg）

實驗步驟	B	C	D	E	F
彈簧測力計示數(shù)/N	2.6	2.5	2.4	2.4	2.3

（1）小冉進(jìn)行了如圖甲所示的實驗：A步驟所示彈簧測力計的示數(shù)為2.7N．用彈簧測力計掛著銅塊緩慢地浸入液體中不同深度，步驟如圖B、C、D、E、F所示（液體均未溢出），并將其示數(shù)記錄在上表中：
（2）請在圖乙中畫出步驟B中銅塊受到所有力的示意圖（以●點代替物塊）．
（3）分析實驗步驟A、B、C、D、E，可以說明浮力大小跟排開液體的體積有關(guān)．
（4）小冉用表格中的數(shù)據(jù)算出了某種液體的密度是1.3×10³ kg/m³（結(jié)果保留一位小數(shù)），當(dāng)物塊的下表面受到水的壓力是0.25N，那么此時物塊露出水面的高度為1cm．
（5）如果小冉想知道該圓柱體物塊的密度，應(yīng)選擇圖甲中的兩個步驟可求出，求出的圓柱體物塊密度為9×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）弄清楚彈簧測力計的量程和分度值，再讀數(shù)；
（2）分析銅塊受到的力，然后做出示意圖；
（3）運用控制變量法，找出不變的量和變化的量，確定浮力與變化量之間的關(guān)系；
（4）由阿基米德原理，根據(jù)排開水的體積等于排開液體的體積相等列方程求解．根據(jù)壓力和面積求出壓強(qiáng)，根據(jù)液體壓強(qiáng)公式求出深度，從而求出露出水面的高度；
（5）利用稱量法可以求出浮力，根據(jù)阿基米德原理可以求出體積，根據(jù)密度公式可以求出密度；

解答 解：（1）彈簧測力計的分度值為0.1N，故其重力G=2.7N；
（2）銅塊受到三個力的作用：豎直向下的重力、豎直向上的浮力及拉力，示意圖如圖所示：
；
（3）實驗步驟A、B、C、D、E中，物體排開液體的密度不變，排開液體的體積變化，物體受到的浮力逐漸變化，說明浮力大小與排開液體的體積跟關(guān)；
（4）實驗步驟E中，物體受到的浮力為F_浮E=G-F_拉E=2.7N-2.4N=0.3N，實驗步驟F中，物體受到的浮力為F_浮F=G-F_拉F=2.7N-2.3N=0.4N，因物體均浸沒，所以V_排水=V_排液，根據(jù)阿基米德原理，$\frac{{F}_{浮水}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{{F}_{浮液}}{{ρ}_{液}g}$，所以ρ_液=$\frac{{F}_{浮液}}{{F}_{浮水}}$×ρ_水=$\frac{0.4N}{0.3N}$×1×10³kg/m³≈1.3×10³kg/m³．
下表面受到的壓強(qiáng)為：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{0.25N}{0.0005{m}^{2}}$=500Pa；
則水的深度為：h=$\frac{p}{ρg}$=$\frac{500Pa}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=0.05m=5cm，
此時物塊露出水面的高度為h'=6cm-5cm=1cm；
（5）根據(jù)圖甲中的AE可以求出浮力：F_浮E=G-F_拉E=2.7N-2.4N=0.3N；
則金屬塊排開的水的體積即金屬塊的體積：V=V_排=$\frac{{F}_{浮水}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.3N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=0.3×10^-4m³；
圓柱體物塊的密度為：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{G}{gV}$=$\frac{2.7N}{10N/kg×0.3×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=9×10³kg/m³．
故答案為：（1）2.7N；（2）如圖；（3）排開液體的體積；（4）1.3×10³；1；（5）9×10³kg/m³

點評 本題通過探究“浮力大小與哪些因素有關(guān)”，綜合考查浮力、密度、控制變量法的知識，屬中等難度的題目．