Question

8．某同學在“探究浮力大小與什么因素有關”時，做了如下圖所示的實驗．根據要求完成下列探究過程：

（1）石塊的重力G=3N．
（2）石塊浸沒在水中后測力計的示數G′=1.6N，由此可得石塊所受浮力F_浮=1.4N．
（3）石塊排開水所受到的重力G_排=1.4N．
（4）比較F_浮和G_排的大小，可以發現：F_浮=G_排．
（5）該物體的密度是2.1×10³kg/m³（ρ_水=1×10³kg/m³，g=10N/kg）．

Answer 1

分析 （1）讀取彈簧測力計的示數時，首先要認清分度值和指針所指示的刻度；
（2）物體在液體中受到的浮力等于在空氣中時彈簧測力計的示數減去物體浸沒在液體中彈簧測力計的示數；
（3）空桶和石塊排開的水總重力減去空桶的重力即為石塊排開水所受到的重力；
（4）比較浮力和排開的水的重力可得出答案；
（5）已知石塊浸沒在水中受到的浮力和水的密度，利用阿基米德原理變形公式得到石塊排開水的體積，也就是石塊的體積；已知石塊的重力，可以得到質量，已知質量和體積，利用公式ρ=$\frac{m}{V}$得到密度．

解答 解：（1）彈簧測力計的分度值為0.2N，指針指在3N刻度上，所以在空氣中石塊的重力為G=3N；
（2）石塊浸入水中后，彈簧測力計的指針指在1N下面第3個小格上，示數為G′=1N+0.2N×3=1.6N，石塊在水中所受浮力F_浮=G-G′=3N-1.6N=1.4N；
（3）空桶的重力為0.4N，空桶和石塊排開的水總重力為1.8N，所以石塊排開水所受的重力G_排=1.8N-0.4N=1.4N；
（4）比較浮力和排開的水的重力發現，二者大小相等，浮力的大小等于排開的水所受的重力，即F_浮=G_排．
（5）由F_浮=ρ_水gV_排，可得，
石塊的體積為V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.4N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.4×10^-4_m3，
石塊的質量m=$\frac{G}{g}$=$\frac{3N}{10N/kg}$=0.3kg，
石塊的密度為ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.3kg}{1.4×1{0}^{-4}{m}^{3}}$≈2.1×10³kg/m³．
故答案為：（1）3；（2）1.6；1.4；（3）1.4；（4）=；（5）2.1×10³．

點評 浸在液體中的物體受到浮力的作用，浮力的大小等于物體排開的液體所受的重力，由本實驗可以驗證著名的阿基米德原理，同時此題還為我們提供了一種測量密度大于水的固體的密度的方法．