Question

4．小明在天峽風(fēng)景區(qū)玩水漂時(shí)，發(fā)現(xiàn)木質(zhì)水漂總能浮在水面上，而石塊水漂最終都會(huì)沉入水底．由此他提出一個(gè)猜想：浮力大小與物質(zhì)自身密度可能有關(guān)？為自己的猜想，小明可謂是費(fèi)盡了腦筋，設(shè)計(jì)如下（圖一）所示實(shí)驗(yàn)．
（1）如如何控制變量呢？進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)必須使得液體密度和排開液體的體積相同，為解決這一問題，他用兩體積相同的鐵塊和鋁塊代替石塊和木塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．
（2）如何測浮力呢？僅用彈簧測力計(jì)可根據(jù)公式F_浮=G-F_拉來實(shí)現(xiàn)．
（3）如何得出結(jié)論呢？當(dāng)兩金屬塊在水中處于浸沒狀態(tài)時(shí)，比較浮力即可．若兩浮力相等，則浮力大小與物質(zhì)自身密度無關(guān)；若兩浮力不相等，則浮力大小與物質(zhì)自身密度有關(guān)．
（4）小明同學(xué)是個(gè)愛動(dòng)腦筋的孩子，他發(fā)現(xiàn)按圖一的方法彈簧測力計(jì)要使用兩次才能測出浮力，能否使用一次就能測出浮力呢？小明同學(xué)最終解決了這個(gè)問題，設(shè)計(jì)出了圖二的方案．在鐵架臺(tái)A處掛金屬塊，B處懸掛彈簧測力計(jì)，C為薄塑料袋（質(zhì)量不計(jì)），D是用大號飲料瓶、帶孔橡皮塞以及彎曲玻璃管自制的溢水杯，M是小凳子．實(shí)驗(yàn)前，D處裝滿水，使金屬塊輕放入D中，當(dāng)其浸沒時(shí)，B處彈簧測力計(jì)示數(shù)即為金屬塊的浮力．小明該設(shè)計(jì)的物理原理為：阿基米德原理．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)控制變量法分析；
（2）對浸入液體中的物體受力分析，從而求出浮力；
（3）根據(jù)測力計(jì)的兩次示數(shù)之差比較浮力的大小，從而判定浮力大小與物體物體密度的關(guān)系；
（4）根據(jù)阿基米德原理分析．

解答 解：
（1）探究浮力大小與物質(zhì)自身密度是否有關(guān)，應(yīng)選用體積相同的兩個(gè)物體在密度相同的液體中做實(shí)驗(yàn)，即控制液體密度和排開液體的體積相同；
（2）浸入液體中的物體受到豎直向下的重力、豎直向上的測力計(jì)拉力、浮力的共同作用，故浮力=重力-拉力；物體在空氣中時(shí)測力計(jì)的示數(shù)為G，物體浸入液體中時(shí)，測力計(jì)的示數(shù)為F_拉，則F_浮=G-F_拉；
（3）物體浸沒在液體中時(shí)，排開液體的體積等于物體的體積；這樣操作控制了物體排開液體的體積相同、液體的密度相同，根據(jù)浮力大小判定浮力與物體密度的關(guān)系；
（4）圖二的方案中，測力計(jì)測量的是物體排開液體重力，由阿基米德原理可知，浸入液體中的物體受到的浮力等于其排開的液體的重力，故B處彈簧測力計(jì)示數(shù)即為金屬塊的浮力．
故答案為：
（1）液體密度；排開液體的體積；（2）F_浮=G-F_拉；（3）浸沒；（4）阿基米德原理．

點(diǎn)評 解決此實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是要明確實(shí)驗(yàn)的目的，圍繞目的去設(shè)計(jì)步驟、選擇器材，對稱重法的熟練運(yùn)用可以幫助我們順利測出不同情況下的浮力，再按要求進(jìn)行比較即可得出浮力的大小與物體的密度是沒有關(guān)系的．當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)中還要特別注意控制變量法的運(yùn)用，這樣才能保證得出的結(jié)論是正確的．