Question

小聰同學(xué)在學(xué)習(xí)了阿基米德原理時想到“物體受到浮力大小可能還跟物體的密度有關(guān)？”、“沒有天平和量筒，只用彈簧測力計和水也能測鐵塊等的密度”，他選取了兩塊體積和形狀都相同的實心銅塊和鐵塊（已知銅的密度大于鐵的密度），進行了如圖的實驗．
（1）步驟C中的鐵塊在水中所受到的浮力為______N．
（2）驗證物體所受的浮力大小是否與物體的密度有關(guān)？
小聰應(yīng)該選取圖中的______等步驟（填字母符號）進行對比，根據(jù)他所選擇的幾個圖中彈簧測力計的示數(shù)可以知道銅塊受到的浮力______（選填“大于”、“等于”或“小于”）鐵塊受到的浮力．由此得出物體所受的浮力大小與物體的密度______（選填“有關(guān)”或“無關(guān)”）．
（3）按照圖中的A、C、D步驟實驗，可以得出的結(jié)論是：______．
（4）利用本實驗的數(shù)據(jù)，測得鐵塊的密度大小是______kg/m³．

Answer 1

解：
（1）已知鐵塊的重力為G=4N，部分浸入水中時，彈簧測力計的示數(shù)為F=3.7N，所以受到的浮力為F_浮=G-F=4N-3.7N=0.3N；
（2）要驗證物體受到的浮力與物體密度的關(guān)系，需要分別測出體積相同的鐵塊和銅塊的重力，然后金屬塊浸沒在水中，分別讀出彈簧測力計的拉力，最后利用稱重法計算金屬塊受到的浮力，所以實驗過程為ABDE；
鐵塊受到的浮力為F_鐵=4N-3.5N=0.5N，銅塊受到的浮力為F_銅=4.4N-3.9N=0.5N，所以銅塊受到的浮力等于鐵塊受到的浮力，說明物體所受的浮力大小與物體的密度無關(guān)；
（3）由實驗步驟A、C、D可以看出，鐵塊排開水的體積越大，彈簧測力計的拉力越小，也就是鐵塊受到的浮力越大，所以實驗結(jié)論是：物體排開的液體體積越大，受到的浮力越大；
（4）由實驗步驟D得鐵塊此時受到的浮力為0.5N，
所以鐵塊的體積為V=V_排==≈0.5×10^-4_m3，
鐵塊的密度為ρ===≈8×10³kg/m³．
故答案為：（1）0.3；（2）ABDE；等于；無關(guān)；（3）物體排開的液體體積越大，受到的浮力越大；（4）8.0×10³．
分析：（1）已知鐵塊重力和浸在液體中彈簧測力計的示數(shù)，利用稱重法可以得到此時受到的浮力；
（2）要驗證物體受到的浮力與密度是否有關(guān)，需要使密度不同的物體浸入同一種液體，并且排開液體的體積相同，根據(jù)稱重法得到密度不同的物體受到的浮力進行比較；
（3）同一物體排開液體體積不同，受到的浮力不同，對應(yīng)關(guān)系從拉力大小確定；
（4）已知鐵塊受到的浮力和水的密度，利用阿基米德原理變形公式得到鐵塊排開水的體積，也就是鐵塊的體積；已知鐵塊的重力，可以得到質(zhì)量，已知質(zhì)量和體積，利用公式ρ=得到密度．
點評：此題是阿基米德原理的驗證性實驗，同時還探究了浮力與物體密度的關(guān)系以及利用阿基米德原理測量不規(guī)則固體密度，綜合性較強，注意實驗設(shè)計的嚴謹性和正確應(yīng)用控制變量法．