Question

水平实验桌上提供了如下的器材：平底试管1只（已知底面积为S），纸杯中装有适量的细沙，玻璃杯中装有适量的水，一架托盘天平，一根刻度尺，纸巾，药匙．请利用提供的器材设计实验，证明：在液体密度一定时，物体所受的浮力与排开液体的体积成正比．

Answer 1

答：（1）用刻度尺测出平底试管的高度为h；
（2）用药匙向平底试管装入适量的细沙，用调好的天平称出试管与细沙的总质量m并记在表格中．
（3）将试管放在玻璃杯内并直立的在水中漂浮，静止时，用刻度尺测出试管露出水面外的长度L并记在表格中．
（4）从水中取出试管，用纸巾擦去试管侧壁上的水，在试管内适量增加细沙，用调好的天平称出试管与细沙总质量m并记在表格中．
（5）仿照步骤（3）和（4）再做四次实验，并用调好的天平称出试管与细沙总质量m；用刻度尺测出试管露出水面外的长度L并记在表格中．
（6）在实验过程中，将以上数据随时记录在表格中．
（7）用V_排=S（h-L）计算试管漂浮时排开水的体积；用G=mg计算试管与细沙受的重力．将V_排、F_浮=G，记在表格中．

h/m
L/m
V排/m3
m/kg
F浮/N

分析：器材中缺少弹簧测力计，因此实验的关键是如何用天平测出试管所受的浮力．用天平测出试管和沙子的质量，利用漂浮时F_浮=G=mg计算漂浮时所受浮力．已知试管的底面积，用刻度尺测出试管的长和露出的长度，可求出排开液体的体积．
点评：本题是一道探究设计题，考查了天平测浮力的方法，以及研究试管在水中漂浮时所受浮力与排开液体体积的关系，解题时需要注意以下四点：
（1）明确自变量、因变量和控制变量；（2）排水法测体积；（3）利用天平测量物体的浮力；（4）语言的严谨性．
此题需要从多层面、多方位探索与题目有关的知识而获得解决的试题．这类试题是以考查学生应用物理知识综合分析和解决问题的能力为基点，从较高的尺度上对学生的理解能力、概括能力、实验能力、分析能力等进行考查，以提高学生的综合探索创新能力．