Question

3．小明同學在探究影響浮力大小的因素時，用A物體做了如圖所示的實驗，請你根據小明的實驗探究回答下列問題．

（1）在C與E兩圖中，保持了排開液體的體積不變，研究浮力與液體密度的關系；根據A與E兩圖所測的實驗數據，可知物體浸沒在鹽水中所受的浮力為2.4N．
（2）小明為了探究浮力的大小是否與排開液體的體積有關，應該選擇BC兩圖對比得出結論．
（3）小明對ABCD四個步驟進行了觀察研究，發現浮力的大小有時與深度有關，有時與深度又無關．對此正確的解釋是浮力的大小隨著排開水的體積的增大而增大，當物體完全浸沒在水中后排開水的體積相同，浮力的大小與深度無關．
（4）在小明實驗的基礎上，根據有關實驗數據，可以計算出鹽水的密度為1.2×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）影響浮力大小的因素有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，即控制另外一個因素一定，由此進行解答；由“稱重法”可以測出物體浸沒在鹽水中所受的浮力．
（2）為了探究浮力的大小是否與排開液體的體積有關，應控制液體的密度相同，而排開液體的體積不同，根據圖示進行判斷．
（3）比較B和C，C和D實驗，找出相同因素和不同因素，結合控制變量法的思想得出實驗結論．
（4）利用F_浮=G-F計算出物體浸沒在水中受到的浮力，根據V_排=$\frac{{F}_{浮水}}{{ρ}_{水}g}$計算出物體排開液體的體積；物體浸沒在水和鹽水中時，排開液體的體積相同；根據ρ_鹽水=$\frac{{F}_{浮鹽水}}{g{V}_{排}}$計算出鹽水的密度．

解答 解：（1）分析C與E兩圖可知，排開液體的體積相同，液體的密度不同，這是研究浮力的大小與液體密度的關系；
由圖A知，G=8N，由圖E知，F=5.6N，
所以物體浸沒在鹽水中所受的浮力：F_浮鹽水=G-F=8N-5.6N=2.4N．
（2）為了探究浮力的大小是否與排開液體的體積有關，應控制液體的密度相同，而排開液體的體積不同，由圖可知，應選擇BC（或BD）兩圖對比得出結論．
（3）實驗B、C中，物體浸入水中的深度改變的同時，其排開水的體積是變化的，實驗表明：浮力的大小隨著排開水的體積的增大而增大；
實驗C、D中，物體完全浸沒在水中后排開水的體積相同，浮力相同，浮力的大小與深度無關．
（4）由A、C兩圖可知，物體浸沒在水中所受的浮力：F_浮水=G-F′=8N-6N=2N；
由F_浮水=ρ_水gV_排可得，物體排開水的體積：
V_排=$\frac{{F}_{浮水}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{2N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=2×10^-4m³．
物體浸沒在水和鹽水中時，排開液體的體積相同；
由F_浮鹽水=ρ_鹽水gV_排可得，鹽水的密度：
ρ_鹽水=$\frac{{F}_{浮鹽水}}{g{V}_{排}}$=$\frac{2.4N}{10N/kg×2×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=1.2×10³kg/m³．
故答案為：（1）液體密度；2.4；（2）BC；（3）增大；無關；（4）1.2×10³．

點評 本題考查了影響浮力大小的因素以及控制變量法的應用，同時考查了稱量法測浮力和阿基米德原理的運用，在計算鹽水密度時明確V_排相等是解答此題的關鍵．