Question

15．在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”时，同学们提出了如下的猜想：
A．可能跟物体浸入液体的深度有关              B．可能跟物体排开液体的体积有关
C．可能跟液体的密度有关                      D．可能跟物体的密度有关
为了验证上述猜想，李明做了如图甲所示的实验：他在弹簧测力计下端挂一个铁块，依次把它缓缓地浸入水中不同位置，在这一过程中：

（1）铁块从位置1→2→3的过程中，弹簧测力计的示数减小，说明铁块受到的浮力增大；从位置3→4的过程中，弹簧测力计的示数不变，说明铁块受到的浮力不变．（均选填“增大”“减小”或“不变”）
（2）通过以上实验可以验证上述猜想B是正确的．
（3）如图乙所示，把新鲜的鸡蛋放在水中会下沉．继续向水中加盐并轻轻搅拌，你会发现鸡蛋上浮，这种现象说明了上述猜想C是正确的．
（4）实验完成后，李明思考浮力的大小等于什么？他又选择了溢水杯、水、弹簧测力计、铁块、小桶、细线等器材进行实验探究，具体操作步骤如下：
A．测出铁块所受重力G；
B．测出空桶所受重力G₁；
C．将水倒入溢水杯中；
D．把挂在弹簧测力计下的铁块浸没在水中，让溢出的水全部流入小桶中，读出测力计的示数F；
E．测出小桶和被排开水的总重G₂；
F．记录分析数据，归纳总结实验结论，整理器材．
①分析评估上述实验，指出操作步骤中的一处错误：错误：C步骤中将水倒入溢水杯中；改正：向溢水杯中加水，使水刚好与溢水杯口平齐．
②写出利用测量数据验证阿基米德原理的过程G-F=G₂-G₁．（测量数据用图丙中物理量符号表示）
③如果用能够漂浮在水面上的木块代替铁块做此实验，则与上述操作不同的一个步骤是D（填字母）．

Answer 1

分析 （1）弹簧测力计的示数是越往下越大的，根据1-2-3的过程或3-4的过程中弹簧测力计指针位置的变化来判断弹簧测力计示数的变化；再根据称重法即可判断铁块受到的浮力的变化；
（2）根据实验现象判断以上实验可以验证的猜想．
（3）向水中加盐，食盐溶化后，水的密度增大；鸡蛋的体积不变，排开水的体积不变，根据阿基米德原理可知鸡蛋受到的浮力增大，再根据物体的浮沉条件判断实验现象；进一步判断影响浮力的因素和验证的猜想．
（4）用溢水法收集物体排开的水，将溢水杯装满水，然后将物体浸入水中，用其他容器（需先测出其重力）接住溢出的水，然后再测出装有溢出的水的容器的总重力，两者之差就是物体排开水的重力；
根据所测数据计算F_浮与G_排并进行比较．
漂浮在水面上的物体只有部分浸入水中．

解答 解：（1）由图甲所示实验可知，铁块从位置1-2-3的过程中，排开液体的体积逐渐增大，而弹簧测力计的示数逐渐变小，根据F_浮=G-F_拉，说明铁块受到的浮力变大；
从位置3-4的过程中，铁块都是完全浸没，排开的液体体积不再变化，只改变其深度，弹簧测力计的示数不变，说明铁块受到的浮力不变．
（2）通过1→2→3→4的过程可知，弹簧测力计的示数先变小后不变，说明浮力先减小后不变，故可得结论：物体排开液体的体积越大，受到的浮力越大，与物体浸没的深度无关，可验证上述猜想B是正确的．
（3）向水中加盐时，鸡蛋排开液体的体积不变，但使液体的密度增大，根据F_浮=ρ_液v_排g可知鸡蛋受到的浮力增大，当F_浮＞G时，鸡蛋将上浮；
由此可知：当排开液体的体积一定时，液体密度越大，受的浮力越大，故可说明猜想C是正确的．
（4）①物体放入水中前，溢水杯应该是满水的，否则小桶内所盛的水将小于物体排开水的体积；
②根据实验数据计算浮力与排开水的重力，
浮力等于铁块重力G减去铁块浸没在水中时弹簧测力计的示数F，即：F_浮=G-F；
排开水的重力G_排等于桶与水的总重力G₂减去空桶的重力G₁，即：G_排=G₂-G₁；
比较F_浮与G_排的大小关系可得：G-F=G₂-G₁．
③物体漂浮在水面上，只有部分浸入水中，我们要测量漂浮在木块上的浮力，就要让木块漂浮在水面上，而不是浸没．
故答案为：（1）减小；增大；不变；不变；（2）B；（3）鸡蛋上浮；C；（4）①C步骤中将水倒入溢水杯中；向溢水杯中加水，使水刚好与溢水杯口平齐；②G-F=G₂-G₁；③D．

点评 本实验中主要通过探究了浮力的大小与哪些因素有关，操作简单、现象明显，实验中要明确观察的重点应放在观察物体浸没的程度、弹簧测力计的示数变化，并寻找它们之间的变化关系，最终分析出正确的结论．称重法分析弹簧测力计示数变化时物体受到浮力的变化，同时要注意控制变量法的应用．
在“探究浮力的大小”实验中，用“称量法”测出物体受到的浮力，即F_浮=G-F_拉；用两次称重测出物体在液体中排开液体的重力，进行比较得出：物体在液体中受到的浮力，大小等于它排开的液体的重力．