Question

小聪同学在学习了阿基米德原理时想到“物体受到浮力大小可能还跟物体的密度有关？”、“没有天平和量筒，只用弹簧测力计和水也能测铁块等的密度”，他选取了两块体积和形状都相同的实心铜块和铁块（已知铜的密度大于铁的密度），进行了如图的实验．
（1）步骤C中的铁块在水中所受到的浮力为______N．
（2）验证物体所受的浮力大小是否与物体的密度有关？
小聪应该选取图中的______等步骤（填字母符号）进行对比，根据他所选择的几个图中弹簧测力计的示数可以知道铜块受到的浮力______（选填“大于”、“等于”或“小于”）铁块受到的浮力．由此得出物体所受的浮力大小与物体的密度______（选填“有关”或“无关”）．
（3）按照图中的A、C、D步骤实验，可以得出的结论是：______．
（4）利用本实验的数据，测得铁块的密度大小是______kg/m³．

Answer 1

解：
（1）已知铁块的重力为G=4N，部分浸入水中时，弹簧测力计的示数为F=3.7N，所以受到的浮力为F_浮=G-F=4N-3.7N=0.3N；
（2）要验证物体受到的浮力与物体密度的关系，需要分别测出体积相同的铁块和铜块的重力，然后金属块浸没在水中，分别读出弹簧测力计的拉力，最后利用称重法计算金属块受到的浮力，所以实验过程为ABDE；
铁块受到的浮力为F_铁=4N-3.5N=0.5N，铜块受到的浮力为F_铜=4.4N-3.9N=0.5N，所以铜块受到的浮力等于铁块受到的浮力，说明物体所受的浮力大小与物体的密度无关；
（3）由实验步骤A、C、D可以看出，铁块排开水的体积越大，弹簧测力计的拉力越小，也就是铁块受到的浮力越大，所以实验结论是：物体排开的液体体积越大，受到的浮力越大；
（4）由实验步骤D得铁块此时受到的浮力为0.5N，
所以铁块的体积为V=V_排==≈0.5×10^-4_m3，
铁块的密度为ρ===≈8×10³kg/m³．
故答案为：（1）0.3；（2）ABDE；等于；无关；（3）物体排开的液体体积越大，受到的浮力越大；（4）8.0×10³．
分析：（1）已知铁块重力和浸在液体中弹簧测力计的示数，利用称重法可以得到此时受到的浮力；
（2）要验证物体受到的浮力与密度是否有关，需要使密度不同的物体浸入同一种液体，并且排开液体的体积相同，根据称重法得到密度不同的物体受到的浮力进行比较；
（3）同一物体排开液体体积不同，受到的浮力不同，对应关系从拉力大小确定；
（4）已知铁块受到的浮力和水的密度，利用阿基米德原理变形公式得到铁块排开水的体积，也就是铁块的体积；已知铁块的重力，可以得到质量，已知质量和体积，利用公式ρ=得到密度．
点评：此题是阿基米德原理的验证性实验，同时还探究了浮力与物体密度的关系以及利用阿基米德原理测量不规则固体密度，综合性较强，注意实验设计的严谨性和正确应用控制变量法．