Question

1．小明游泳時發現，人在水中越往深處走就覺得所受的浮力越大．由此他猜想：“浮力的大小可能與物體浸入水中的深度有關或者與物體排開水的體積有關”，于是他找來一個金屬圓柱體、彈簧測力計、燒杯和水等器材進行了如圖1所示的探究，并繪制了彈簧測力計對金屬塊的拉力和金屬塊所受浮力隨浸入液體深度變化的圖象，如圖2所示．

（1）分析圖象可知：描述的是金屬圓柱體所受浮力的變化情況的圖象是a（選填“a”或“b”）； 物體排開水的體積越大，物體所受的浮力就越大（選填“越大”或“越小”）．金屬塊浸沒水中后所受浮力大小與金屬塊所處的深度無（選填“有”或“無”）關．
（2）該金屬塊在空氣中所受的重力為2.7N，當金屬塊完全浸沒水中后所受的浮力是1N，該金屬塊的體積為100cm³．
（3）在上述實驗的基礎上，請你再增加一個實驗步驟，用來研究浮力大小與液體密度的關系：換用一杯密度不同的液體，將金屬浸沒在液體中，觀察彈簧測力計的示數，與丙圖比較得出結論．

Answer 1

分析 （1）金屬塊受到的浮力大小在浸沒前隨排開液體的體積增大而增大，浸沒后浮力大小不變；根據測力計示數比較浮力大小；分析圖a得出結論；
（2）根據拉力變化的圖象可知，物體沒有浸入到水中前的拉力即為物體的重力G；根據浮力變化的圖象可得物體完全浸沒時的浮力，根據F_浮=ρ_水gV_排求出物體的體積；
（3）研究浮力大小與液體密度關系時，要保持物體排開液體的體積不變，比較彈簧測力計的示數大小．

解答 解：（1）由上面的分析，在浸沒前金屬塊受到的浮力大小隨排開液體的體積增大而增大，浸沒后排開液體的體積不變，根據阿基米德原理可知，浮力大小不變，據此判斷出描述金屬圓柱體所受浮力的變化情況的圖象是a；
比較乙、丙中的實驗可知，物體排開液體的體積增大，彈簧測力計示數越來越小，由F_浮=G-F_示知，物體受到的浮力越來越大，所以，得出的結論是物體排開液體的體積越大，受到的浮力越大；
根據圖a可知，金屬塊浸沒在水中后所受浮力大小與金屬塊所處的深度無關；
（2）由圖象a可知，圓柱體完全浸沒后，圓柱體受的浮力為F_浮=1.0N，
物體的重力G=2.7N；
由F_浮=ρ_水gV_排得：
物體的體積V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.0N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1×10^-4m³=100cm³，
（3）研究浮力大小與液體密度關系時，要保持物體排開液體的體積不變，根據稱重法比較彈簧測力計的示數大小即可，
故增加的實驗步驟是：換用一杯密度不同的液體，將金屬浸沒在液體中，觀察彈簧測力計的示數，與丙圖比較得出結論；
故答案為：（1）a；越大；無；（2）2.7；1；100；（3）換用一杯密度不同的液體，將金屬浸沒在液體中，觀察彈簧測力計的示數，與丙圖比較得出結論．

點評 物體受到的浮力大小只與物體排開液體的體積和密度有關，而與物體浸在液體中的深度無關．當物體接觸液面不斷向下過程中，不要只注意深度的增大，排開液體的體積也是增大的，這才是浮力增大的根本原因．