Question

5．小明游泳时发现，人在水中越往深处走就越觉得所受的浮力越大．由此他猜想：“浮力的大小可能与物体浸入水中的深度有关或者与物体排开水的体积有关”，于是他找来一个金属圆柱体、弹簧测力计、烧杯和水等器材进行了如图所示的探究．四幅图中弹簧测力计的示数分别为（F₁、F₂、F₃、F₄）

（1）分析图中弹簧测力计示数的变化可知：物体排开水的体积越大，物体所受的浮力就越大（选填“越大”或“越小”）．
（2）小明绘制了弹簧测力计对金属圆柱体的拉力和金属圆柱体所受浮力随浸入水中深度变化的图象，如图戊所示．分析图象可知：描述金属圆柱体所受浮力的变化情况的图象是a（选填“a”或“b”）；该圆柱体在空气中所受的重力为2.7N，当金属块完全浸没水中后所受的浮力是1.0N，金属块浸没水中后所受浮力大小与金属块所处的深度无（选填“有”或“无”）关．该金属的密度为2.7×10³kg/m³
（3）在上述实验的基础上，请你再增加一个实验步骤，用来探究浮力大小与液体密度的关系．

Answer 1

分析 （1）根据称重法比较浮力大小，比较得出结论；
（2）金属块受到的浮力大小在浸没前随排开液体的体积增大而增大，浸没后浮力大小不变；
当物体浸在水中的深度为0时弹簧测力计的示数即为物体的重力；
由图a可知物体浸没时受到的浮力大小（或根据称重法，由图b根据浮力F_浮=G-F_示求浮力）；
分析图a得出结论；
根据F_浮=ρ_水gV_排求出物体的体积，再根据ρ=$\frac{m}{V}$求出物体的密度；
（3）研究浮力大小与液体密度关系时，要保持物体排开液体的体积不变，比较弹簧测力计的示数大小．

解答 解：（1）比较乙、丙、丁中的实验可知，物体排开液体的体积增大，弹簧测力计示数越来越小，由F_浮=G-F_示知，物体受到的浮力越来越大，所以，得出的结论是物体排开液体的体积越大，受到的浮力越大；
（2）由上面的分析，在浸没前金属块受到的浮力大小随排开液体的体积增大而增大，浸没后排开液体的体积不变，根据阿基米德原理可知，浮力大小不变，据此判断出描述金属圆柱体所受浮力的变化情况的图象是a；
当物体浸在水中的深度为0时，根据二力平衡条件可知，弹簧测力计的示数即为物体的重力大小，由图b知，重力大小为2.7N；
图a中的水平线即为浸没后物体受到的浮力大小，为1.0N；
根据图a可知，金属块浸没在水中后所受浮力大小与金属块所处的深度无关；
物体的质量为m=$\frac{G}{g}$=$\frac{2.7N}{10N/kg}$=0.27kg；
物体的体积：V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.0N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1×10^-4m³；
物体的密度为：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.27kg}{1×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=2.7×10³kg/m³；
（3）研究浮力大小与液体密度关系时，要保持物体排开液体的体积不变，根据称重法比较弹簧测力计的示数大小即可，故增加的实验步骤是：换用一杯密度不同的液体，将金属浸没在液体中，观察弹簧测力计的示数，与丁图比较得出结论（或往丁图实验的烧杯中加入适量的盐或加入其它能改变水的密度的可溶性物质，观察弹簧测力计示数变化情况）．
故答案为：（1）越大；（2）a；2.7；1.0；无；2.7×10³；
（3）换用一杯密度不同的液体，将金属浸没在液体中，观察弹簧测力计的示数，与丁图比较得出结论（或往丁图实验的烧杯中加入适量的盐或加入其它能改变水的密度的可溶性物质，观察弹簧测力计示数变化情况）．

点评 物体受到的浮力大小只与物体排开液体的体积和密度有关，而与物体浸在液体中的深度无关．