Question

12．小明用如圖所示裝置探究浮力的相關知識，細線的體積、重力及滑輪摩擦不計．實驗步驟如下：
A．用測力計測出長方體空心塑料塊的重力；
B．在底部固定有滑輪的容器中裝適量的水；
C．用一根細線穿過滑輪將塑料塊與測力計連接起來；
D．往容器中注水，待水面平靜時記錄塑料塊底部所處的深度及測力計的示數；
E．多次重復步驟D的實驗操作．
實驗數據記錄如下表：

塑料塊底部所處深度（cm）	2	3	4	5	6	7	8
測力計示數（N）	0	0.25	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4
浮力（N）	0.6	0.85	1	1	1	1	1

（1）此實驗中滑輪的作用是改變力的方向．
（2）本實驗是通過測量拉力間接測出浮力，以下測量方法與之不同的是C．
A．用測力計測量物體受到的重力
B．用測力計測量水平面上勻速直線運動物體受到的摩擦力
C．用量筒測量液體的體積
（3）分析前三次實驗數據可知，塑料塊所受到的浮力大小與排開液體的體積有關；分析后五組數據可知，塑料塊所受浮力大小與深度無關．
（4）塑料塊的重力為0.6N，塑料塊的平均密度為0.6×10³kg/m³．（g=10N/kg）

Answer 1

分析 （1）定滑輪能改變力的方向；
（2）物理量的測量中，一些可以直接用測量儀器測量；有一些不能由測量儀器直接測出，但可以測量另外的量，通過計算得出；
（3）影響浮力大小的因素是物體排開液體的體積和密度，當研究浮力大小與深度的關系時，要控制物體排開液體的體積和密度保持不變，只改變深度的大小，故應從第3列數據開始分析；
（4）根據F_浮=G-F求出在水中的浮力，再根據F_浮=ρ_水gV_排求出排開水的體積，即在液體中排開液體的體積，再根據F_浮=ρ_液gV_排求出液體密度．

解答 解：
（1）塑料塊受到的拉力方向豎直向下，但通過定滑輪的作用，豎直向上用力就能起到同樣的效果，所以，實驗中定滑輪的作用是改變力的方向；
（2）塑料塊受到豎直向下的重力G、拉力T和豎直向上的浮力F_浮作用，在這三個力的作用下，塑料塊處于靜止狀態，所以F_浮=G+T，塑料塊受到的浮力是通過測出的拉力T和物體本身的重力G求出來的，即通過測量拉力間接測出浮力．
a、重力是不能直接測量的，根據二力平衡條件，通過測量物體質量的大小間接測出重力的大小，屬于間接測量；
b、水平面上勻速直線運動物體受到的摩擦力不能直接測量，根據二力平衡，此時物體受到的摩擦力大小等于物體受到的拉力，通過測量拉力的大小間接測出了摩擦力的大小，屬于間接測量；
c、用量筒測量液體的體積，是直接測量出來，與間接測量不同；
故選C；
（3）塑料塊底部所處深度分別為2cm、3cm、4cm時，物體排開液體的體積逐漸增大，浮力變大，故浮力大小與物體排開的液體的體積有關；從所處深度為4cm開始，物體排開水的體積都等于物體自身的體積保持不變，從表中數據可知，塑料塊受到的浮力與所處深度無關．
（4）當測力計的示數為0N時，塑料塊漂浮，浮力和重力相等，此時浮力為0.6N，故塑料塊的重力為0.6N；
塑料塊的質量為：m=$\frac{G}{g}$=$\frac{0.6N}{10N/kg}$=0.06kg；
在水中的浮力F_浮′=1N，由F_浮=ρ_水gV_排可得，物體排開水的體積即物體的體積：
V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1N}{1×1{0}^{3}g/{m}^{3}×10N/kg}$=1×10^-4m³，
塑料塊的密度：
ρ_塑料=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.06kg}{1×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=0.6×10³kg/m³．
故答案為：（1）改變力的方向；（2）C；（3）排開液體的體積；與深度；（4）0.6；0.6×10³．

點評 本題探究浮力大小與深度的關系，涉及定滑輪特點、力的平衡、控制變量法等知識，并考查了直接測量和間接測量的不同．