Question

3．小明同学在探究影响浮力大小的因素时，用A物体做了如图所示的实验，请你根据小明的实验探究回答下列问题．

（1）在C与E两图中，保持了排开液体的体积不变，研究浮力与液体密度的关系；根据A与E两图所测的实验数据，可知物体浸没在盐水中所受的浮力为2.4N．
（2）小明为了探究浮力的大小是否与排开液体的体积有关，应该选择BC两图对比得出结论．
（3）小明对ABCD四个步骤进行了观察研究，发现浮力的大小有时与深度有关，有时与深度又无关．对此正确的解释是浮力的大小随着排开水的体积的增大而增大，当物体完全浸没在水中后排开水的体积相同，浮力的大小与深度无关．
（4）在小明实验的基础上，根据有关实验数据，可以计算出盐水的密度为1.2×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）影响浮力大小的因素有液体的密度和物体排开液体的体积，要探究浮力和其中一个因素的关系，就要采用控制变量法，即控制另外一个因素一定，由此进行解答；由“称重法”可以测出物体浸没在盐水中所受的浮力．
（2）为了探究浮力的大小是否与排开液体的体积有关，应控制液体的密度相同，而排开液体的体积不同，根据图示进行判断．
（3）比较B和C，C和D实验，找出相同因素和不同因素，结合控制变量法的思想得出实验结论．
（4）利用F_浮=G-F计算出物体浸没在水中受到的浮力，根据V_排=$\frac{{F}_{浮水}}{{ρ}_{水}g}$计算出物体排开液体的体积；物体浸没在水和盐水中时，排开液体的体积相同；根据ρ_盐水=$\frac{{F}_{浮盐水}}{g{V}_{排}}$计算出盐水的密度．

解答 解：（1）分析C与E两图可知，排开液体的体积相同，液体的密度不同，这是研究浮力的大小与液体密度的关系；
由图A知，G=8N，由图E知，F=5.6N，
所以物体浸没在盐水中所受的浮力：F_浮盐水=G-F=8N-5.6N=2.4N．
（2）为了探究浮力的大小是否与排开液体的体积有关，应控制液体的密度相同，而排开液体的体积不同，由图可知，应选择BC（或BD）两图对比得出结论．
（3）实验B、C中，物体浸入水中的深度改变的同时，其排开水的体积是变化的，实验表明：浮力的大小随着排开水的体积的增大而增大；
实验C、D中，物体完全浸没在水中后排开水的体积相同，浮力相同，浮力的大小与深度无关．
（4）由A、C两图可知，物体浸没在水中所受的浮力：F_浮水=G-F′=8N-6N=2N；
由F_浮水=ρ_水gV_排可得，物体排开水的体积：
V_排=$\frac{{F}_{浮水}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{2N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=2×10^-4m³．
物体浸没在水和盐水中时，排开液体的体积相同；
由F_浮盐水=ρ_盐水gV_排可得，盐水的密度：
ρ_盐水=$\frac{{F}_{浮盐水}}{g{V}_{排}}$=$\frac{2.4N}{10N/kg×2×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=1.2×10³kg/m³．
故答案为：（1）液体密度；2.4；（2）BC；（3）增大；无关；（4）1.2×10³．

点评 本题考查了影响浮力大小的因素以及控制变量法的应用，同时考查了称量法测浮力和阿基米德原理的运用，在计算盐水密度时明确V_排相等是解答此题的关键．