Question

4．如圖所示，是“探究浮力的大小跟排開液體所受重力的關(guān)系的實驗”．利用彈簧測力計、石塊、水、溢水杯和小桶等器材進行了如圖所示的四次測量．
（1）根據(jù)四次測量中彈簧測力計的示數(shù)，可以知道浮力大小F_浮等于排開水的重力G_排．
（2）利用四次測量結(jié)果還可以知道石塊的密度ρ_石=2.1g/cm³．
（3）如果想知道鹽水的密度，接下來的操作是：將溢水杯中裝滿鹽水，將石塊浸沒在鹽水中，再讀出此時彈簧測力計的示數(shù)．
（4）在另外一個小組的實驗中，也進行了如圖的四次操作，但卻得出了F_浮大于G_排的結(jié)論，關(guān)于原因分析不合理的是A．
A．在丙步驟的操作中，石塊沒有完全浸沒在水中
B．放入石塊前，溢水杯中未裝滿水
C．在丙步驟的操作中，石塊碰到了容器底且對底部產(chǎn)生了壓力
D．是按照乙、丙、甲、丁的順序完成的實驗．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)阿基米德原理，浸在液體中的物體所受的浮力等于它排開液體的重力；
（2）根據(jù)甲丙計算出石塊所受的浮力，由公式V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{g{V}_{排}}$計算出物體的體積，由m=$\frac{G}{g}$得出質(zhì)量的大小，從而根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算出石塊的密度；
（3）若能夠測出石塊浸沒在鹽水中的浮力，可根據(jù)ρ鹽=$\frac{{F}_{浮}}{g{V}_{排}}$計算出鹽水的密度；
（4）根據(jù)各個選項分析各種原因造成的結(jié)果，得出結(jié)論．

解答 解：（1）由甲知，G=3N，由丙知，F(xiàn)=1.6N，所以F_浮=G-F=3N-1.6N=1.4N；
由乙知，空桶的重力G_桶=0.4N，由丁知，G_總=1.8N，所以G_排=G_總-G_桶=1.8N-0.4N=1.4N；
分析知，F(xiàn)_浮=G_排；
（2）石塊的質(zhì)量：m=$\frac{G}{g}$=$\frac{3N}{10N/kg}$=0.3kg；
由F浮=ρ液gV排可知，石塊的體積：V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.4N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.4×10^-4m³；
則石塊的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.3kg}{1.4×1{0}^{-4}{m}^{3}}$≈2.1×10³kg/m³=2.1g/cm³；
（3）要測出鹽水的密度，需測量出石塊完全浸沒在鹽水中所受的浮力，所以下一步應將石塊浸沒在鹽水中，再讀出此時彈簧測力計的示數(shù)；
（4）A．在丙步驟的操作中，石塊沒有完全浸沒在水中，此時浮力與排出的水仍對應，不會影響結(jié)果；
B．放入石塊前，溢水杯中未裝滿水，這樣會使排出的水偏少，造成G_排小于F_浮；
C．在丙步驟的操作中，石塊碰到了容器底且對底部產(chǎn)生了壓力，造成浮力測量偏大，造成F_浮大于G_排；
D．是按照乙、丙、甲、丁的順序完成的實驗，這樣會造成物體的重力測量偏大，根據(jù)F_浮=G-F，則浮力測量偏大，造成浮力大于G排．
綜上所述，A對原因分析不合理．
故答案為：（1）等于；（2）2.1；（3）將石塊浸沒在鹽水中；（4）A．

點評 本題是探究阿基米德原理的實驗，對問題的設(shè)計非常全面，應用到了稱重法浮力的計算、阿基米德原理公式的應用，并考查了對實驗誤差的分析，是一道不錯的題目．