Question

6．小明用如圖1的裝置探究浮力大小，步驟B至E用水進行實驗，步驟F用鹽水．

（1）他在認識浮力時，用細繩綁住圓柱體后懸掛于測力計掛鉤上，手向上托物體時，測力計示數減小，將物體浸入水中時測力計示數也減小，說明水對物體產生了一個類似于手向上托物體的力，這種物理研究方法叫類比法．
（2）分析步驟B、C、D，說明浮力的大小與排開液體體積有關．分析步驟D、F，說明浮力大小與液體的密度有關．
（3）由步驟B和D可測出圓柱體浸沒在水中時受到的浮力F_浮，由步驟A和E可測出圓柱體排開水的重力G_排，比較F_浮與G_排得出兩者的關系．
（4）圖2是將另一底面積為25cm²的圓柱體物塊豎直緩慢浸入某液體中，得到測力計示數F隨圓柱體底面在液體中的深度h的變化關系圖．分析圖象可知，液體密度為1.2×10³kg/m³．
（g=10N/kg）

Answer 1

分析 （1）常用的物理學研究方法有：控制變量法、等效替代法、模型法、比較法、類比法、轉換法等，是科學探究中的重要思想方法．
（2）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，要探究浮力和其中一個因素的關系，就要采用控制變量法控制另外一個因素一定；比較B、C、D；D、F實驗，找出相同因素和不同因素，結合控制變量法的思想復習判斷．
（3）根據F_浮=G-F計算出受到的浮力；根據G_排=G_桶和水-G_桶求出G_排，比較F_浮與G_排的大��；
（4）根據圓柱體底面在液體中的深度判斷得出物體的重力和浸沒時測力計的示數，根據F_浮=G-F計算出受到的浮力；根據ρ_液=$\frac{{F}_{浮}}{{V}_{排}g}$計算出液體的密度．

解答 解：（1）水對物體產生了一個類似于手向上托物體的力，這種物理研究方法是類比法；
（2）分析步驟B、C、D，液體的密度相同，物體在液體中浸沒的深度改變的同時，其排開液體體積是變化的，可得出浮力的大小隨著排開水的體積的增大而增大；
分析步驟D、F，排開液體的體積相同，液體的密度不同，可得出浮力的大小與排開液體密度有關；
（3）由圖B知：G=3N，由圖D知：圓柱體浸沒在水中時測力計示數F=1.8N，所以F_浮=G-F=3N-1.8N=1.2N；
由圖A知：G_桶=1N，由圖E知：G_桶和水=2.2N，則G_排=G_桶和水-G_桶=2.2N-1N=1.2N；
所以F_浮=G_排；
（4）由圖象可知：圓柱體底面在液體中的深度h=0時，測力計示數為重力的大小，所以物體重力G=3N；
當圓柱體底面在液體中的深度大于4cm，測力計示數不變?yōu)?.8N，即物體已經浸沒在液體中，所以，
物體排開液體的體積為V_排=25cm²×4cm=100cm²=0.01m³，浮力F_浮=G-F=3N-1.8N=1.2N；
由F_浮=ρ_液gV_排得：
ρ_液=$\frac{{F}_{浮}}{{V}_{排}g}$=$\frac{1.2N}{0.01{m}^{3}×10N/kg}$=1.2×10³kg/m³．
故答案為：（1）類比法；（2）排開液體體積；密度；（3）D；A；F_浮=G_排；（4）1.2×10³．

點評 此題是探究影響浮力大小的因素實驗，考查了影響浮力的因素及類比法、控制變量法的應用，同時考查了有關浮力公式的應用，在計算液體密度時確定V_排相等是解決此題的關鍵．