Question

如图所示，在一个已经调平衡、有刻度的杠杆右侧挂重力为G₀的钩码，钩码的位置B固定不动；左侧挂重力未知的金属圆柱体，悬挂点A的位置可以在杠杆上移动，细线长短可以调整，此时杠杆在水平位置平衡；量筒中盛有适量的水。要求利用上述实验装置和器材，探究“浸在水里的物体所受浮力大小与物体浸入水中的体积成正比”。
写出主要实验步骤，设计实验数据记录表。

Answer 1

实验步骤：
（1）记录杠杆平衡时OB的距离L₀，AO的距离L，钩码的重力G₀；水面对应的量筒的刻度V₀在表格中；（1分）
（2）把量筒移到圆柱体下方，调整细线长度，使部分圆柱体浸入水中，此时水面对应的量筒的刻度V₁，向左调整杠杆左侧悬点位置至A₁，使杠杆在水平位置平衡，A₁O的距离L^’₁，并把L^’₁、V₁记录在表格中；（1分）
（3）依次改变圆柱体浸入水中的体积，仿照步骤2，再做5次实验，并将各次V₂、V₃、V₄、V₅、V₆和L^’₂、L^’₃、L^’₄、L^’₅、L^’₆记录在表格中；（1分）
（4）根据，根据杠杆平衡条件G_圆柱体=；（1分），解得，计算出圆柱体所受F_浮1、F_浮2、F_浮3、F_浮4、F_浮5、F_浮6，并记录在表格中。（1分）
（其他答案正确的，均可相应得分）
实验数据记录表（1分）

G0/N
V0/m3
V/m3
V排/m3
L0/m
L/m
L‘/m
F浮/N

 

试题分析：本实验是用量筒测量排开水的体积，利用杠杆平衡的平衡条件求物体受到的浮力，进而得出浸在水里的物体所受浮力大小与物体浸入水中的体积的关系，需要测量的物理量：每次实验杠杆两边力臂、排开水的体积（排水法测量），据此设计表格。
实验步骤：
（1）记录杠杆平衡时OB的距离L₀，AO的距离L，钩码的重力G₀；水面对应的量筒的刻度V₀在表格中；
（2）把量筒移到圆柱体下方，调整细线长度，使部分圆柱体浸入水中，此时水面对应的量筒的刻度V₁，向左调整杠杆左侧悬点位置至A₁，使杠杆在水平位置平衡，A ₁O的距离L₁′，并把L₁′、V₁记录在表格中；
（3）依次改变圆柱体浸入水中的体积，仿照步骤2，再做5次实验，并将各次V₂、V₃、V₄、V₅、V₆和L₂′、L₃′、L₄′、L₅′、L₆′记录在表格中；
（4）根据V_排=V﹣V₀，根据杠杆平衡条件G_圆柱体L=L₀G₀，（G_圆柱体﹣F_浮）L′=G₀L₀，解得F_浮=G₀，计算出圆柱体所受F_浮1、F_浮2、F_浮3、F_浮4、F_浮5、F_浮6，并记录在表格中。
点评：本题要求学生有设计实验的能力，弄清楚题意、知道实验原理是本题的关键。