Question

15．实验桌上有满足实验需要的如下器材：天平（含砝码）、容器内装有适量的水的烧杯、轻细线、铁架台、底面积为S且侧面有刻度的圆柱体金属块（其上表面有可拴细线的小孔）．请你利用上述器材设计一个实验证明：物体没入水中之前，下表面受到水向上的压强与它浸在水中的深度成正比．请写出实验步骤，画出实验数据记录表．

Answer 1

分析 根据实验的目的可以确定此实验大体思路：想法测量出液体内部不同深度处的压强，然后比较液体压强大小与所处深度的大小关系．但此题的难点是没有压强计，如何测量液体内部不同深度的压强是难点．故设计思路为：
（1）可以利用该金属块的质量和金属块在水中的质量，计算出其对水的压力（也就是水对金属块的压力）．
（2）利用公式p=$\frac{F}{S}$，求出金属块浸入水中时受到水对它向上的压强，通过这种方法计算出液体内部不同深度的压强，计入表格中分析即可．

解答 解：
实验步骤：（1）调节天平，把装水的烧杯放到天平的左托盘上，测量烧杯和水的总质量m₁并记入数据表格；
（2）用细线系住金属块，把细线的另一端固定在铁架台的横杆上，让金属块部分体积浸入到天平左托盘上烧杯的水中（金属块不与烧杯底部接触），增加砝码或移动游码，天平平衡，记录天平的读数m₂和金属块下表面在水中的深度h到数据表格；
（3）改变金属浸在水中的深度，仿照步骤（2）操作5次．
（4）将金属块的底面积S记录到数据表格，利用p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{{G}_{2}-{G}_{1}}{S}$=$\frac{{m}_{2}g-{m}_{1}g}{S}$=$\frac{{（m}_{2}-{m}_{1}）g}{S}$，
计算6次金属下表面的压强p并记录到数据表格．
实验数据记录表如下：

m1/kg
m2/kg
h/m
S/m2
p/Pa

点评 在此实验的设计中，是利用公式p=$\frac{F}{S}$为实验原理来测量压强大小的，对弹簧测力计和金属块的重力的巧妙运用是本实验的创新之处，值得我们学习和借鉴．