Question

剛剛學習完有關浮力的知識，小明同學通過網絡了解到“遠征號”潛水艇在東海執行任務時是潛行在海水中，執行完任務回到長江后又會浮出水面．小明同學想：潛水艇的下潛和上浮應滿足什么條件呢？于是，他找來如圖1所示器材，進行了如下探究：
（1）探究物體上浮的條件
A．在量筒中注入適量水，讀出量筒中水的體積V₁；
B．將適量小螺絲釘放入塑料瓶中，旋緊瓶蓋，放入水中，使塑料瓶能夠漂浮在水面上，讀出此時水面刻度V₂；
C．取出塑料瓶，擦干凈水，用彈簧測力計測出塑料瓶和小螺絲釘的總重力G；
D．根據______原理可求得塑料瓶受到的浮力F_浮=______（用已知的物理量和直接測量的物理量表示）．
E．分析比較______的大小關系即可得出物體上浮的條件．
（2）探究物體下沉的條件
A．取出塑料瓶，向塑料瓶中繼續添加小螺絲釘，直至旋緊瓶蓋放入水中后，可觀察到塑料瓶下沉；
B．取出塑料瓶，用抹布擦干凈水，將其掛在彈簧測力計下，如圖2（a）所示，測出其重力G為______N；
C．將塑料瓶浸沒水中，此時彈簧測力計的示數如圖2（b）所示，則塑料瓶受到的浮力F_浮為______N；
D．分析比較數據可得出物體下沉的條件是______．

探究討論：（1）小塑料瓶本身就能浮在水面，而小明在探究物體上浮條件時，卻向塑料瓶中放入了適量的小螺絲釘，他這樣做的好處是______．
（2）小明在探究物體上浮的條件時存在的問題是______．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據阿基米德原理，小塑料瓶受到的浮力等于塑料瓶排開水的重力，由密度公式的變形公式及G=mg求出塑料瓶受到的浮力；根據塑料瓶受到的浮力與重力的關系可以得出物體上浮的條件．
（2）根據圖示彈簧測力計確定彈簧測力計的分度值，讀出彈簧測力計的示數；小瓶所受重力與小瓶浸沒在水中時彈簧測力計的示數之差等于小瓶受到的浮力；分析實驗數據可以知道物體下沉的條件．
（3）①增加塑料瓶越的重力，可以減小實驗誤差；②為了探究物體上浮的條件，最初應讓物體浸沒在水中．
解答：解：（1）C、根據阿基米德原理可求得塑料瓶受到的浮力等于塑料瓶排開水的重力，
即F_浮=m_水g=ρ_水V_排g=ρ_水（V₂-V₁）g=ρ_水g（V₂-V₁）．
D、分析比較浮力和重力的大小關系即可得出物體上浮的條件．
（2）B、由圖2（a）可知，彈簧測力計的分度值是0.2N，彈簧測力計的示數是2.4N，塑料瓶重力G=2.4N；
C、由圖2（b）可知，彈簧測力計的分度值是0.2N，彈簧測力計的示數是1.8N，塑料瓶所受到的浮力為F_浮=2.4N-1.8N=0.6N；
D、由實驗步驟可知，F_浮＜G，此時所料瓶下沉，因此物體下沉的條件是F_浮＜G．
探究討論：（1）向塑料瓶中放入了適量的小螺絲釘，他這樣做的好處是：可以增大小塑料瓶的重力以減小誤差．
（2）小明在探究物體上浮的條件時存在的問題是：小塑料瓶沒有浸沒在水中．
故答案為：（1）阿基米德；ρ_水g（V₂-V₁）；浮力和重力．（2）2.4；0.6；F_浮＜G．
探究討論：可以增大小塑料瓶的重力以減小誤差；小塑料瓶沒有浸沒在水中．
點評：本題考查探究物體的浮沉條件的實驗，在實驗中應注意實驗原理、彈簧秤的讀數、實驗中的注意事項等；本題主要考查學生對控制變量法的掌握，控制變量法是初中物理實驗探究中經常采用的方法，一定要會運用這種方法研究問題．