Question

小王為了探究物體在水中不同深度所受浮力變化情況，如圖所示，將一掛在彈簧測(cè)力計(jì)下的圓柱體金屬塊緩慢浸入水中（水足夠深），在圓柱體接觸容器底之前，分別記下圓柱體下表面所處的不同深度h和彈簧測(cè)力計(jì)相應(yīng)的示數(shù)F，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

次數(shù)	1	2	3	4	5	6	7
h（cm）	0	2	4	6	8	10	12
F（N）	6.75	6.25	5.75	5.25	4.75	4.25	4.25

（1）分析表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，第7次實(shí)驗(yàn)時(shí)，物體受到的浮力

2.5

N；物體的密度是

2.7×10³

kg/m³．如果將圓柱體從彈簧測(cè)力計(jì)上取下，使其沉入容器底部，則靜止時(shí)圓柱體對(duì)容器底的壓力為

4.25

N．
（2）分析表中第1列到第5列數(shù)據(jù)，說(shuō)明

浸在液體中的物體受到的浮力跟排開(kāi)液體的體積有關(guān)，排開(kāi)的液體體積越大，物體受到的浮力越大

；
（3）分析表中第6列到第7列數(shù)據(jù)，說(shuō)明

浸沒(méi)在液體中的物體受到的浮力和深度無(wú)關(guān)

；
（4）圖中能正確反映彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F和圓柱體下表面到水面距離h關(guān)系的圖象是：

B

（5）如果小王還想探究：物體所受浮力大小是否與物體的形狀有關(guān)？老師提供的器材有：彈簧測(cè)力計(jì)，三個(gè)形狀不同的小石塊，橡皮泥，燒杯、細(xì)線和水．請(qǐng)你幫助小王從中選擇器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的探究，簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)所需的器材和實(shí)驗(yàn)做法．
器材：

彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮泥、燒杯、細(xì)線和水

；實(shí)驗(yàn)：

①用細(xì)線將橡皮泥吊在彈簧測(cè)力計(jì)上，測(cè)出橡皮泥重G；
②將橡皮泥浸沒(méi)水中，記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F₁；
③改變橡皮泥形狀，將橡皮泥浸沒(méi)水中，記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F₂；
④再改變橡皮泥形狀，將橡皮泥浸沒(méi)水中，記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F₃；
⑤分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論．

．

Answer 1

分析：（1）浸沒(méi)深度為0時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)就是物體的重力，物體受到的浮力可用稱重法的表達(dá)式F_浮=G-F_拉求出；求出物體完全浸沒(méi)在水中時(shí)受到的浮力，由浮力公式的變形公式求出物體的體積，然后由密度公式求出物體的密度；物體放入水中時(shí)，重力與浮力之差是容器對(duì)物體的支持力，然后求出圓柱體對(duì)容器底的壓力．
（2）分析表中第1列到第5列數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析答題．
（3）分析表中第6、7列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論．
（4）明確橫縱軸表示的內(nèi)容，再分析F隨h的變化趨勢(shì)，與表格中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)照．
（5）探究浮力大小與物體形狀的關(guān)系，應(yīng)控制物體的體積不變而形狀不同，據(jù)此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)．

解答：解：（1）由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，h為0時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為6.75N，則物體的重力G=6.75N，第7次實(shí)驗(yàn)時(shí)，物體受到的浮力F_浮=G-F_7拉=6.75N-4.25N=2.5N；由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，物體完全浸沒(méi)在水中時(shí)受到的浮力為2.5N，∵F_浮=ρ_水gV_排，∴物體的體積V=V_排=

F浮

ρ水g

，∵G=mg，∴物體質(zhì)量m=

G

g

，物體的密度ρ_物體=

m

V

=

G g

F浮 ρ水g

=

Gρ水

F浮

=

6.75N×1×103kg/m3

2.5N

=2.7×10³kg/m³；圓柱體沉入容器底部，靜止時(shí)容器底對(duì)圓柱體的支持力F=G-F_浮=6.75N-2.5N=4.25N．
（2）由表中1-5列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，隨圓柱體浸入水中的深度增加，物體排開(kāi)水的體積增大，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)減小，物體受到的浮力增大，由此可得：浸在液體中的物體受到的浮力跟排開(kāi)液體的體積有關(guān)，排開(kāi)的液體體積越大，物體受到的浮力越大．
（3）由表中第6、7列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，物體完全浸沒(méi)在水中，隨h增大，F(xiàn)不再改變，說(shuō)物體受到的浮力不變，這說(shuō)明物體受到的浮力不變，由此此可得：浸沒(méi)在液體中的物體受到的浮力和深度無(wú)關(guān)．
（4）由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，圓柱體完全浸沒(méi)在液體中前，拉力F隨h增大而減小，圓柱體完全浸沒(méi)在液體中后，拉力F不隨h的增加而變化，由圖示可知，B正確．
（5）需要的實(shí)驗(yàn)器材：彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮泥、燒杯、細(xì)線和水；
實(shí)驗(yàn)步驟：①用細(xì)線將橡皮泥吊在彈簧測(cè)力計(jì)上，測(cè)出橡皮泥重G；
②將橡皮泥浸沒(méi)水中，記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F₁；
③改變橡皮泥形狀，將橡皮泥浸沒(méi)水中，記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F₂；
④再改變橡皮泥形狀，將橡皮泥浸沒(méi)水中，記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F₃；
⑤分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論．
故答案為：（1）2.5；2.7×10³；4.25；（2）浸在液體中的物體受到的浮力跟排開(kāi)液體的體積有關(guān)，排開(kāi)的液體體積越大，物體受到的浮力越大；（3）浸沒(méi)在液體中的物體受到的浮力和深度無(wú)關(guān)；（4）B；（5）彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮泥、燒杯、細(xì)線和水；實(shí)驗(yàn)步驟：①用細(xì)線將橡皮泥吊在彈簧測(cè)力計(jì)上，測(cè)出橡皮泥重G；②將橡皮泥浸沒(méi)水中，記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F₁；③改變橡皮泥形狀，將橡皮泥浸沒(méi)水中，記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F₂；④再改變橡皮泥形狀，將橡皮泥浸沒(méi)水中，記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F₃．

點(diǎn)評(píng)：通過(guò)此題我們要學(xué)會(huì)熟練運(yùn)用稱重法的表達(dá)式求出浮力，對(duì)表格數(shù)據(jù)的分析是本題的重點(diǎn)，控制變量法依然是此類實(shí)驗(yàn)必須要用到的，此題的易錯(cuò)點(diǎn)在于分析圖象時(shí)要注意：彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F隨h的變化和浮力F_浮隨h的變化是不同的．