Question

4．為了探究浸在液體中的物體所受浮力跟它排開液體所受重力的關系，某同學進行了如圖的實驗：（g=10N/kg）

（1）你覺的圖中合理的實驗順序是乙、丁、甲、丙．
（2）圖甲中浸沒在水中的合金塊所受浮力的大小為0.5N．
（3）圖甲中，浸沒在水中的合金塊勻速向下運動的過程中，合金塊所受到的浮力不變（填“變大”，不變”或“變小”）．
（4）選用其他液體多次實驗后，可得出結論：浸在液體中的物體所受的浮力大小等于其排開的液體的重力；
（5）合金塊的密度是4×10³．

Answer 1

分析 （1）探究浸在液體中的物體所受浮力跟它排開液體所受重力的關系，要分別測出排開液體的重力和物體所受的浮力．
測物體受到的浮力，需先測石塊在空氣中的重力；測排開水的重力．需先測空桶的重力．
（2）物體所受浮力等于物體的重力減在水中受到的拉力：F_浮=G-F．
（3）根據公式F_浮=ρ_液gV_排進行分析．浸沒在液體中的物體在下沉過程中，由于排開液體的重力不變，所以浮力不變．
（4）計算出浮力和物體排開水的重力進行比較，物體受到的浮力等于合金塊排開液體的重力．
（5）由公式F_浮=ρ_液gV_排的變形公式V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$計算出物體的體積，由其重力計算出質量m=$\frac{G}{g}$，最后根據公式ρ=$\frac{m}{V}$計算出密度．

解答 解：（1）在探究“浮力的大小等于什么”時，要比較浮力大小與排開水的重力之間的關系．所以需要先測出空桶的重力和小石塊在空氣中的重力，這樣才能夠正確地測出小石塊受到的浮力和排開水的重力．故順序為乙、丁、甲、丙；
（2）受到的浮力為：F_浮=G-F=2.0N-1.5N=0.5N；
（3）根據F_浮=ρ_液gV_排，浸沒在水中的合金塊勻速向下運動的過程中，由于水的密度和合金塊排開水的體積不變，所以所受浮力不變；
（4）G_排=1N-0.5N=0.5N，所以浸沒在液體中的合金塊所受浮力等于它排開的水所受的重力；
（5）由F_浮=ρ_液gV_排得合金塊的體積，：
V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.5N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=0.5×10^-4m³，
由G=mg得，m=$\frac{G}{g}$=$\frac{2N}{10N/kg}$=0.2kg，
所以ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.2kg}{0.5×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=4×10³kg/m³．
故答案為：（1）乙、丁、甲、丙；（2）0.5；（3）不變；（4）其排開的液體的重力；（5）4×10³．

點評 此題探究浸在液體中的物體所受浮力跟它排開液體所受重力的關系，注意實驗的順序，同時考查了學生對排開液體的重力、物體所受浮力、及密度公式的應用．