Question

3．如圖1所示，小明利用彈簧測(cè)力計(jì)、一個(gè)金屬塊、兩個(gè)相同燒杯、適量的水和煤油，對(duì)浸在液體中的金屬塊所受浮力進(jìn)行了探究．

（1）分析圖B、C，說(shuō)明浮力大小跟液體的密度有關(guān)．
（2）如圖2是小明根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所繪制的彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)與金屬塊的下表面浸入水中深度和金屬塊所受浮力與金屬塊的下表面浸入水中深度的關(guān)系圖象．能夠表示金屬塊所受浮力與金屬塊的下表面到水面距離h關(guān)系的圖象為a（選填“a”或“b”）．
（3）在圖1B中，金屬塊浸沒(méi)在水中所受浮力為1.0N，若此時(shí)剪斷細(xì)繩，該金屬塊在水中將下沉（填“上浮”、“懸浮”或“下沉”）．
（4）小明通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)只用一支彈簧測(cè)力計(jì)就可測(cè)出物體的密度．請(qǐng)你根據(jù)圖中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出：金屬塊的密度為2700kg/m³，煤油的密度為800kg/m³．

Answer 1

分析 （1）物體體受到的浮力大小F_浮=G-F_示，找出BC中相同的量與不同的量分析解答；
（2）在浸沒(méi)前，金屬塊所受浮力隨金屬塊的下表面到水面距離h增大而變大，浸沒(méi)后，排開(kāi)液體的體積不變，所受浮力與深度無(wú)關(guān)；
（3）根據(jù)F_浮水=G-F_示求出物體所受的浮力與物體的重力比較，根據(jù)物體的浮沉條件判斷；
（4）根據(jù)阿基米德原理求出物體排開(kāi)水的體積即物體的體積，由密度公式求解；
求出物體在油中受到的浮力，根據(jù)阿基米德原理，由排開(kāi)液體的體積相等求煤油的密度．

解答 解：（1）物體受到的浮力大小F_浮=G-F_示，在水和油中測(cè)力計(jì)示數(shù)不同，則物體受到的浮力不同，分析圖B、C，物體排開(kāi)液體的體積相同，排開(kāi)液體的密度不同，說(shuō)明浮力大小跟液體的密度有關(guān)；
（2）因F=ρ_液gV_排，在浸沒(méi)前，金屬塊的下表面到水面距離h增大導(dǎo)致排開(kāi)液體的體積增大，金屬塊所受浮力隨金屬塊的下表面到水面距離h增增大而變大；
當(dāng)浸沒(méi)后，排開(kāi)液體的體積不變，浮力不變，所受浮力與深度無(wú)關(guān)，因此，只有選項(xiàng)a符合題意．
（3）金屬塊浸沒(méi)在水中所受浮力F_浮水=G-F_示=2.7N-1.7N=1.0N，小于物體的重力G=2.7N，根據(jù)物體的浮沉條件，若此時(shí)剪斷細(xì)繩，該金屬塊在水中將下沉；
（4）根據(jù)阿基米德原理，F(xiàn)_浮水=ρ_水gV_排，因浸沒(méi)，V_物=V_排水=$\frac{{F}_{浮水}}{{ρ}_{水}g}$，
ρ_物=$\frac{m}{{V}_{物}}$=$\frac{G}{{gV}_{物}}=\frac{G}{g\frac{{F}_{浮水}}{{ρ}_{水}g}}$=$\frac{G}{{F}_{浮水}}$×ρ_水=$\frac{2.7N}{1N}$×1000kg/m³=2700kg/m³
在油中受到的浮力F_浮油=ρ_油gV_排油，又F_浮油=2.7N-1.9N=0.8N，
因物體均浸沒(méi)在液體中，故排開(kāi)液體的體積相同，V_排油=$\frac{{F}_{浮油}}{{ρ}_{油}g}$，
即$\frac{{F}_{浮水}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{{F}_{浮油}}{{ρ}_{油}g}$    ρ_油=$\frac{{F}_{浮油}}{{F}_{浮水}}$×ρ_水=$\frac{0.8N}{1.0N}$×1000kg/m³=800kg/m³．
故答案為：（1）液體的密度；
（2）a；（3）1.0，下沉；
（4）2700；800．

點(diǎn)評(píng) 本題考查稱重法測(cè)浮力、密度、浮沉條件應(yīng)用，阿基米德原理等知識(shí)的應(yīng)用，綜合性較強(qiáng)．