Question

5．①小芳在探究“浮力的大小等于什么？”的實驗中，做了如圖1所示的測量：

a．寫出以上探究中，不重復操作的合理順序（只填代號）DBCA；
b．通過探究，得出的結論是F_浮=G_排．由此還可算出鐵塊的密度．請選用F_l、F₂、F₃、F₄、ρ_水，表達它的密度：ρ_鐵=$\frac{{F}_{2}{ρ}_{水}}{{F}_{1}-{F}_{4}}$．
②在圖中杠桿上的A點掛四個重均為1N的鉤碼，用調好的彈簧測力計豎直向上拉杠桿上的B點，使杠桿在水平位置平衡，如圖所示，測力計的示數是2N；如果將測力計沿圖中虛線方向拉，仍使杠桿在水平位置平衡，則測力計的示數將變大（“變大”、“不變”或“變小”）．

Answer 1

分析 ①先明確ABCD四個圖彈簧測力計測量的什么內容，把握題中的要求：“不重復操作”，然后求出物體受到液體的浮力和排開液體的重力，進行比較回答．
②力臂是指支點到力的作用線的垂直距離，根據杠桿平衡條件，動力乘以動力臂等于阻力乘以阻力臂，來確定力的大小；當阻力乘以阻力臂的積不變時，動力的大小會隨著動力臂的變小而變大．

解答 解：
①a．本題中探究“浮力的大小等于什么？”的實驗中，由圖可知，彈簧秤共用了四次，需要測量的物理量共有四個：桶和鐵塊排開水的總重力F₁、鐵塊重F₂、鐵塊在水中時秤的示數F₃、空桶的重力F₄；只有鐵塊放在水中時水才會流入桶中，如果完成A后再完成D操作，那么桶中會沾有水，結果誤差偏大，所以A操作肯定是最后一步；如果先完成C操作，再完成B操作，則鐵塊上沾上了水，測量結果誤差過多，因此先進行B操作再進行C操作；對于B和D，如果先測B，完成后再測D，接下來又要測鐵塊在水中的重力，則重復測鐵塊重力的操作，所以應先測D再測B，綜上所述合理順序為DBCA；
b．由密度公式可知ρ_鐵=$\frac{{m}_{鐵}}{{V}_{鐵}}$=$\frac{{G}_{鐵}}{{V}_{鐵}g}$，由A、D可知G_排=F₁-F₄=m_水g=ρ_水V_排g，所以V_排=$\frac{{F}_{1}-F{\;}_{4}}{{ρ}_{水}g}$，由圖可知，鐵塊浸沒在水中，所以V_鐵=V_排；
代入可得可知ρ_鐵=$\frac{{m}_{鐵}}{{V}_{鐵}}$=$\frac{{G}_{鐵}}{{V}_{鐵}g}$=$\frac{{F}_{2}}{{V}_{排}g}$=$\frac{{F}_{2}{ρ}_{水}}{{F}_{1}-{F}_{4}}$；
②根據杠桿平衡條件，由圖可知，4N×OA=F×OB，OB=2OA，得測力計的示數F=2N，如圖將測力計的沿虛線方向拉，拉力的力臂L小于原力臂OB，如圖3所示，根據杠桿原理，拉力F會變大．
故答案為：①a．DBCA；b．$\frac{{F}_{2}{ρ}_{水}}{{F}_{1}-{F}_{4}}$；
②2；變大．

點評 本題考查了驗證阿基米德原理的實驗操作，要掌握浮力的綜合運算，同時還考查了杠桿原理的應用，是一道力學綜合題，難度較大．