Question

甲、乙两位同学分别对“物体的浮沉条件”进行了探究．
（1）甲同学的探究方案
实验器材：弹簧测力计（量程0～5N，分度值0.2N）、天平（带砝码盒）、量筒及水、蜡块（10g左右）
探究问题：蜡块的上浮条件．
实验过程：
①首先测量蜡块的重力：方案一是用弹簧测力计直接测出蜡块的重力；方案二是用天平测出蜡块的质量，再求出重力．
你支持方案______，理由是______．
②测量蜡块受到的浮力：量筒中放入适量的水，把蜡块放在水中浮在水面时，测出蜡块排开水的体积，用阿基米德原理求出浮力．你认为上述操作存在的问题是______．
③通过比较蜡块的重力和受到的浮力，可知物体上浮的条件．
（2）乙同学的探究方案
实验器材：装有水的大烧杯、蜡块、铁钉（见右图）．
探究问题：蜡块的下沉条件．
实验过程：把蜡块浸没在水中，松手后，发现
蜡块要上浮直至漂浮在水面．为了使浸没在水中的蜡块会下沉，设计了两种实验方案．
方案一：将一根铁钉全部插入蜡块中，然后将蜡块浸没在水中松手，发现蜡块沉入水底．
方案二：用同样的铁钉，但只将其部分插入蜡块中，将蜡块浸没在水中松手，发现蜡块也沉入水底．
①从物体受力的角度看，在蜡块中插入铁钉是为了改变______的大小．
②能够得到的实验结论是：______．
③虽然两种方案的实验结果基本一致，但老师认为方案一更科学．你认为老师这样评价的主要理由是______．

Answer 1

解：（1）①蜡块的重力：
G=mg=9×10-3kg×10/N/kg=0.09N＜0.2N，
即：蜡块的重力小于弹簧测力计的分度值，无法直接精确测量，
所以，支持方案二；
②把蜡块放在水中浮在水面时，测出蜡块排开水的体积，这样用阿基米德原理求出的浮力不是蜡块浸没在水中受到的浮力．应该利用“助沉法”使蜡块浸没在水中，测出蜡块排开水的体积；
故答案为：①二；因为弹簧秤的分度值大于蜡块的重力． ②蜡块没有浸没在水中；
（2）在蜡块中插入铁钉，蜡块的重力增大；当重力大于浮力时，物体就会下沉；
方案一：将一根铁钉全部插入蜡块，在改变重力的同时浮力是不变的；
方案二：没有将铁钉全部插入蜡块，在改变重力的同时，蜡块排开液体的体积增大，根据F_浮=ρ_液gV_排可知浮力变大，无法找到浮力和重力的关系．
故答案为：①重力；②物体的重力大于浮力时，物体下沉；③方案一是在改变物体重力的同时，控制了浮力不变这一条件．
分析：（1）①知道蜡块的质量，利用重力公式求蜡块重，可以看出其大小小于弹簧测力计的分度值0.2N，这样测量不准确；
②研究的是浸没水中的蜡块上浮的条件，需要测量蜡块的重和蜡块浸没在水中受到的浮力，若F_浮＞G，蜡块将上浮；要利用阿基米德原理计算蜡块浸没在水中受到的浮力，需要知道浸没时排开水的体积，据此判断存在的问题；
（2）要探究物体的沉浮条件，就需要知道浮力和重力，蜡块中插入铁钉改变重力，就应该采用控制变量法控制浮力不变．
点评：本实验题考查了天平的使用、弹簧测力计的使用、称重法测浮力、阿基米德原理、排水法测固体体积（上浮的借用助沉法），知识点多，考查的是基本实验探究能力，有难度．