Question

13．如图所示，小亮同学在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中，在弹簧测力计下悬挂一圆柱体，当圆柱体下表面与水面相平时开始缓慢下降，直到与烧杯底接触为止，如图甲所示，根据图象，回答下列问题（g=10N/kg）：

（1）圆柱体的质量m=0.6kg；
（2）比较（a）、（b）两图可得：浸在液体中的物体会受到浮力，方向为竖直向上；
（3）圆柱体浸没在水中后所受浮力F_浮=5N；此物体的密度为1.2×10³kg/m³；
（4）比较（b）、（c）两图可得：浸在同一种液体中的物体受到浮力的大小跟物体浸入液体的体积（物体排开液体的体积）有关；
（5）比较cd两图可得：当圆柱体浸没在水中继续下沉的过程中，受到的浮力不变；
（6）小亮完成如图甲所示的实验后，把水换成另一种液体重复上述实验，根据实验数据绘制出如图乙所示的弹簧测力计的示数F与物体下降高度h和F-h图象，那么该圆柱体浸没在这种液体中受到的浮力F_浮′=4N．实验表明，浸在液体里的物体受到的浮力大小还跟液体的密度有关．这种液体的密度ρ_液=0.8×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）根据图a得出物体的重力大小，再根据重力的变形公式计算质量；
（2）浸在气体和液体中的物体都受到气体和液体对它的竖直向上的浮力；
（3）由图c及a根据F_浮=G-F得出所受浮力的大小；由阿基米德原理F_浮=ρ_液gV_排，的变形公式计算圆柱体的体积，再根据公式ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{G}{Vg}$计算圆柱体的密度；
（4）比较b、c两图的不同点，得出浮力大小与物体排开液体体积的关系；
（5）根据浮力大小与排开液体体积的关系得出结论；
（6）根据物体完全浸没时测力计的示数及其重力求出浮力；根据物体在两种液体中排开液体的体积不变得出液体的密度．

解答 解：（1）由a知，G=6N，因为G=mg，所以圆柱体的质量m=$\frac{G}{m}$=$\frac{6N}{10N/kg}$=0.6kg；
（2）浸在气体和液体中的物体都受到气体和液体对它的竖直向上的浮力；
（3）由c知，圆柱体浸没在水中后所受浮力F_浮=G-F=6N-1N=5N；由阿基米德原理F_浮=ρ_液gV_排可得，圆柱体的体积V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{液}g}$=$\frac{5N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=5×10^-4m³；所以圆柱体的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{G}{Vg}$=$\frac{6N}{5×1{0}^{-4}{m}^{3}×10N/kg}$=1.2×10³kg/m³；
（4）（b）、（c）两图，液体的密度相同，排开液体的体积不同，测力计的示数不同，可知浸在同一种液体中的物体受到浮力的大小跟物体浸入液体的体积（物体排开液体的体积）有关；
（5）c、d两图，圆柱体完全浸没，下沉过程中，测力计的示数不变，即所受浮力不变；
（6）由图乙知，物体完全浸没时测力计的示数为2N，则F_浮′=G-F′=6N-2N=4N；
由实验知，浸在液体里的物体受到的浮力大小还根据液体的密度有关；
由F_浮=ρ_液gV_排得，V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{液}g}$，则$\frac{5N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=$\frac{4N}{{ρ}_{液}×10N/kg}$，
解得：ρ_液=0.8×10³kg/m³．
故答案为：
（1）0.6；（2）浮力；竖直向上；（3）5；1.2×10³；（4）物体浸入液体的体积（物体排开液体的体积）；（5）cd；（6）4；密度；0.8×10³．

点评 此题是探究影响浮力大小的因素实验，考查了学生分析图象和数据的能力，注意分析问题过程中控制变量法的应用，同时要熟练掌握密度公式及阿基米德原理公式，做到灵活应用．