Question

15．小明在探究“浮力的大小與什么因素有關”實驗中，利用一個金屬圓柱體、彈簧測力計和燒杯等器材進行了如圖1所示的探究．

（1）圖1中金屬圓柱體在浸入液體中時測力計的示數變小，說明了物體受到的浮力方向豎直向上；
（2）比較A、B、C、D圖能說明浸在同種液體中的物體所受浮力大小與排開液體的體積有關；比較D、E圖能說明物體排開相同體積的液體時，所受浮力大小與液體密度有關；比較E、F圖能夠說明物體浸沒在同種液體中，所受浮力大小與深度無關．
（3）實驗結束后，小明繪制了彈簧測力計對金屬圓柱體的拉力和金屬圓柱體所受浮力隨浸入水中深度變化的曲線，如圖2所示．（ρ_水=1.0×10³kg/m³，取g=10N/kg）分析圖象可知：
①曲線a（選填“a”或“b”）描述的是金屬圓柱體所受浮力的變化情況．
②該金屬圓柱體所受的重力為2.7N，金屬圓柱體的密度為2.7×10³kg/m³．
③實驗時應先測金屬圓柱體的重力，再放入水中測浮力．改變操作先后順序會使浮力的測量結果偏大（選填“偏大”或“偏小”）．

Answer 1

分析 （1）金屬圓柱體在浸入液體中時測力計的示數變小，說明了物體受到一個豎直向上的浮力；
（2）本題探究影響浮力大小的因素，影響浮力大小的因素是液體的密度和物體排開液體的體積．因為影響因素不止一個，所以要采用控制變量法．探究浮力的大小是否與液體密度的關系要保證物體排開液體體積一定，要探究浮力的大小與物體排開液體體積的關系要保證液體的密度一定，要探究浮力的大小是否與物體浸沒在液體中深度的關系時要保證液體密度和物體排開液體體積均一定；
（3）①根據浮力大小和排開液體體積之間的關系判斷出哪一條圖象是浮力變化的圖象，哪一條是拉力變化的圖象；
②根據拉力變化的圖象可知，物體沒有浸入到水中前的拉力即為物體的重力G；根據浮力變化的圖象可得物體完全浸沒時的浮力，根據F_浮=ρ_水gV_排求出物體的體積，再根據G=mg=ρgV求出物體的密度；
③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，影響實驗結果，使結果偏大．

解答 解：（1）圖1中金屬圓柱體在浸入液體中時測力計的示數變小，說明了物體受到浮力的方向是豎直向上的；
（2）比較A、B、C、D圖可知，液體密度相同，物體排開水的體積不同，浮力不同，說明浸在同種液體中的物體所受浮力大小與排開液體的體積有關；
比較D、E兩圖可知，物體全部浸沒在液體中，排開液體的體積相同，液體的密度不同，浮力不同，說明物體排開相同體積的液體時，所受浮力大小與液體密度有關；
比較E、F圖可知，液體密度相同，排開液體的體積相同，浸沒的深度不同，而物體受的浮力相同，說明物體浸沒在同種液體中，所受浮力大小與物體浸沒在液體中的深度無關；
（3）①因為在物體全部浸沒前，物體進入到液體中的深度越深．排開液體的體積越大，浮力越大；物體全部浸沒后，排開液體的體積不變，根據F_浮=ρgV_排可知，浮力不再變化；所以圖象a符合金屬圓柱體所受浮力和浸入深度的關系；
②圖象b是彈簧測力計對金屬圓柱體的拉力變化圖象，物體沒有浸入到水中前的拉力即為物體的重力G=F=2.7N；
由圖象a可知，圓柱體完全浸沒后，圓柱體受的浮力為F_浮=1.0N，
由浮力公式F_浮=ρ_水gV_排可知，物體的體積V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.0N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1×10^-4m³，
重力：G=mg=ρgV，則：物體的密度：ρ_物=$\frac{G}{gV}$=$\frac{2.7N}{10N/kg×1×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=2.7×10³kg/m³；
③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，根據公式F_浮=G-F，所測浮力也會偏大．
故答案為：（1）豎直向上；（2）排開液體的體積；液體密度；深度；（3）①a；②2.7；2.7×10³；③偏大．

點評 此題主要考查的是學生對浮力大小與物體排開液體的體積的關系的理解和掌握，讀懂圖象是解決此題的關鍵．