Question

如圖，為了探究“浸在液體中的物體所受的浮力跟它排開液體所受的重力”的關系，某同學進行了實驗：
（1）圖中示意了四個實驗步驟，合理的實驗順序應該是______．
（2）從圖中實驗數據可知，合金塊所受的重力G_塊=______N；
浸沒于水中時所受到的浮力F_浮=______N；
排開水所受的重力G_排=______N；
結合本次實驗的目的，根據上述數據可以得出結論：F_浮=______（根據上述已給出的物理量符號寫出浮力的關系式）．
（3）圖乙中，若浸沒在水中的合金塊勻速向下運動（不碰溢水杯），合金塊所受的浮力______
（填“變大”、“不變”或“變小”）
（4）小明認為：浮力的大小應該和物體所浸入液體的密度有關．他通過第（2）步結論的關系式，推導出浮力大小與液體密度的關系式．請你寫出推導過程．（直接寫出關系式不給分）

Answer 1

解：（1）合理的實驗順序是：甲、測出實心合金塊所受的重力；
丁、測出空桶所受的重力；
乙、把合金塊浸沒在裝滿水的溢水杯中，測出合金塊所受的浮力，收集合金塊排開的水；
丙、測出桶和排開的水所受的重力．
（2）由圖甲可知，合金的重力：G_塊=2N；
由圖乙可知，彈簧測力計的示數為：F_示數=1.6N，
合金塊受到的浮力：F_浮=G_塊-F_示數=2.0N-1.6N=0.4N；
圖丙和丁可知，彈簧測力計的示數分別為：G_桶和水=1N，G_空桶=0.6N；
排開水的重力：G_排=G_桶和水-G_空桶=1.0N-0.6N=0.4N，
再結合阿基米德原理可知，浸在液體中的物體所受的浮力，大小等于它排開液體所受的重力，即F_浮=G_排；
（3）由阿基米德原理公式F_浮=ρ_液gV_排可知，浮力大小只與液體的密度和排開液體的體積有關．當合金塊浸沒在水中時，不論是向下勻速運動還是向上勻速運動，只要始終是沒入水中，則V_排一定，所受浮力不變；
（4）∵F_浮=G_排、G=mg以及ρ=
∴F_浮=G_排=m_液g=ρ_液gV_排，顯然浮力與液體的密度和排開液體的體積有關．
故答案為 （1）甲丁乙丙（丁甲乙丙）；
（2）2，0.4，0.4，G_排；
（3）不變；
（4）F_浮=G_排=m_排g=ρ_液gV_排．
分析：（1）要先測合金塊的重力和空桶的重力，然后再把金屬塊沒入水中，測出合金塊受到的浮力，最后再測出桶和溢出水的重力；
（2）根據甲和乙彈簧測力計的示數可知重力和浮力的大��；根據阿基米德原理可知，排開液體的重力等于浮力；
（3）浮力大小與V_排有關，而與下潛的深度無關；
（4）利用F_浮=G_排、G=mg以及ρ=推導出浮力與密度的關系．阿基米德原理公式F_浮=ρ_液gV_排可知
點評：本題是一道綜合題，綜合考查了學生的實驗和計算能力，理解阿基米德原理是解答本題的關鍵．關于實驗順序要注意：要先測合金塊的重力，再測合金塊的浮力，最后再測排出水的重力．