Question

4．实验桌上有如下器材：一个铁架台、一个已经调零的弹簧测力计、一个装有足量水的塑料水桶、一个溢水杯、一个大烧杯、一个带有提梁的小桶、足够多的细线、6个体积不同的金属铝块．请你利用实验桌上的器材，设计一个实验证明：“浸在水中的物体，排开水所受到的重力与物体所受到的浮力相等．即G_排水=F_浮”．请你思考这个实验，完成下列问题：
（1）小芳所探究问题中的自变量是F_浮．
（2）这个实验中改变自变量的方法是选用体积不同的金属块．
（3）写出第一次实验的完整步骤：①将溢水杯盛满水；
②将小水桶挂在弹簧测力计下，测出其重力G₁，然后将其取下并放在溢水杯的溢水口下方，并将数据记录在表格中；
③取一个小铝块用细线系牢，用弹簧测力计测出小铝块的重力G，并将数据记录在表格中；
④接着将小铝块缓慢的浸入溢水杯的水中，直到浸没，静止后读出弹簧测力计的示数F，溢出的水流入小水桶中，并将数据记录在表格中；
⑤再用弹簧测力计测出小水桶和溢出的水的总重力G₂，并将数据记录在表格中；
⑥利用F_浮=G-F计算出小铝块此时受到的浮力F_浮，利用G_排=G₂-G₁计算出溢出的水的重力G_排．．
（4）画出实验数据表格．

Answer 1

分析 根据实验器材设计实验步骤，应围绕实验目的和题目中提供的实验器材分析．
本实验的目的是验证浮力和排开液体的重力相等，题目中有弹簧测力计、细线和水，利用F_浮=G-F，能够测出每一个铝块所受的浮力；借助量筒和水，利用排水法可以测出每个铝块排开水的重力．

解答 解：（1）小芳探究浮力大小与排开水的重力的关系，所以问题中的自变量是浮力大小F_浮；
（2）浮力大小与排开水的体积有关，排开水的体积与物体的体积相同，所以改变自变量的方法是选用体积不同的金属块；
（3）选取其中一个金属铝块完成第一次实验：
①将溢水杯盛满水；
②将小水桶挂在弹簧测力计下，测出其重力G₁，然后将其取下并放在溢水杯的溢水口下方，并将数据记录在表格中；
③取一个小铝块用细线系牢，用弹簧测力计测出小铝块的重力G，并将数据记录在表格中；
④接着将小铝块缓慢的浸入溢水杯的水中，直到浸没，静止后读出弹簧测力计的示数F，溢出的水流入小水桶中，并将数据记录在表格中；
⑤再用弹簧测力计测出小水桶和溢出的水的总重力G₂，并将数据记录在表格中；
⑥利用F_浮=G-F计算出小铝块此时受到的浮力F_浮，利用G_排=G₂-G₁计算出溢出的水的重力G_排．
（4）表格中应有所测的物理量，如下表所示：

次数	铝块重G/N	物体在水中时测力计的示数F/N	浮力F浮/N	原小桶的重力G1/N	加水后小桶的总重G2/N	排开的水重G排/N
1
2
3

故答案为：（1）F_浮；（2）选用体积不同的金属块；（3）步骤略；（4）表格略．

点评 此题通过让学生设计实验探究浸在液体中的物体受到的浮力与排开液体的重力之间的关系，考查了根据实验目的设计实验的能力，实验中测量排开液体的重力是此题中的难点，注意转换法在实验中的应用．