Question

8．如圖甲所示，某中學物理興趣小組的同學為了探究物體在水中不同深度所受浮力的變化情況，將一掛在彈簧測力計下的圓柱體金屬塊緩慢浸入水中（水足夠深），在金屬塊接觸容器底之前，分別記下金屬塊下表面所處不同深度h和彈簧測力計相應的示數F．（ρ_水=1.0×10³ kg/m³）實驗數據如下：

次數	1	2	3	4	5	6	7	8
h/cm	0	2	3	6	8	10	12	14
F/N	6.75	6.25	5.75	5.25	4.75	4.25	4.25	4.25

（1）分析表中數據，金屬塊重6.75N，第4次實驗時，物體所受到的浮力為1.5N．
（2）分析表中1-5次實驗數據，說明：液體密度一定時，物體浸入液體中的體積越大，受到的浮力越大．
（3）圖乙中能正確反映彈簧測力計示數F與金屬塊下表面到水面距離h關系的圖象是B．
（4）金屬塊的密度為2.7×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）注意彈簧測力計的使用，運用“稱重法”可測量物體受到的浮力；
（2）探究影響浮力大小的因素時要注意運用控制量法；
（3）根據公式F_浮=ρ_液gV_排，浮力大小與物體排開液體的體積和密度有關，討論浮力大小與排開液體的體積的關系時，應保持排開液體的密度不變，改變排開液體體積的大小；
（4）根據物體完全浸沒在水中時的浮力計算出體積；根據A測出物體的重力，可計算出其質量，則可計算出物體的密度；

解答 解：（1）分析表中數據，有次數1可知G=6.75N；
第4次實驗時，物體所受到的浮力根據F_浮=G-F_示=6.75N-5.25N=1.5N；
（2）分析步驟1～5的數據，排開液體的密度不變，其中步驟2、3、4、5中排開液體的體積逐漸增大，根據F_浮=G-F_示，浮力大小也逐漸增大，說明液體密度一定時，物體浸入液體中的體積越大，受到的浮力越大；
（3）由F_浮=G-F_示，根據彈簧測力計的讀數逐漸變小得出所受的浮力的變化，根據二力平衡，物體的重G等于h=0時彈簧測力計的示數；圖乙中水平線表明物體全部浸沒在液體中的過程，故應選B圖；
（4）當h=0時，彈簧測力計的示數F_示1=6.75N，即物體的重力G=6.75N，m=$\frac{G}{g}$=$\frac{6.75N}{10N/kg}$=0.675kg，
圖中水平線表示彈簧測力計的示數F_示6=4.25N，物體浸沒時受到的浮力大小F_浮全=G-F_示6=6.75N-4.25N=2.5N，
V_排=V_物=$\frac{{F}_{浮}}{g{ρ}_{水}}$=$\frac{2.5N}{10N/kg×1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}$=2.5×10^-4m³，
ρ_金=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.675N}{2.5×10-4m3}$=2.7×10³kg/m³．
故答案為：（1）6.75、1.5；（2）液體密度一定時，物體浸入液體中的體積越大，受到的浮力越大；（3）B；（4）2.7×10³．

點評 此題探究浮力的大小與哪些因素有關，綜合考查二力平衡、阿基米德原理，測金屬塊的密度等知識，綜合性較強．根據圖乙及表格明確對應的物理過程是解題的關鍵，試題有難度．