Question

20．小明同学为了探究浮力的大小跟什么因素有关，他利用一个石块做了如         图所示的各个实验．
（1）从图①②③可以得出的结论是：浮力的大小与物体排开液体的体积有关；
（2）从图③④可以得出的结论是：浮力的大小与物体浸入液体深度无关；
（3）图⑤中石块受到的浮力大小为1.2N；
（4）该石块的密度为2.5×10³kg/m³．（g取10N/kg）

Answer 1

分析 （1）图①②③中示数依次减小，从不排开水到排开水越来越多，利用称重法得出浮力，可比较其大小得出结论；
（2）图①③④中，③④的示数都小于①，说明都受到了浮力，且浮力相同，再观察浸没的深度可得出结论；
（3）图④中物体所受浮力可根据称重法的表达式计算得出物体受到的浮力；图⑤中物体沉到了水底，是否受到了容器底的支持力必须参照图④来判断，再根据阿基米德原理，在排水体积不变的情况下，浮力是不应该改变的．
（4）根据阿基米德原理求出石块排开水的体积，然后利用密度公式求出石块的密度

解答 解：（1）从图①②③可以得出，物体部分排开水时的浮力为4N-3.6N=0.4N，物体全部排开水时的浮力为4N-3N=1N，两次的液体都是水，故可得出：浮力的大小与物体排开液体的体积有关；
（2）从图③④可以得出，物体完全浸没时，无论浸没深度如何，物体受到的浮力是不改变的，故可得出：浮力的大小与物体浸没的深度无关；
（3）图④中物体受到的F_浮=G=F=3N-1.8N=1.2N；观察图⑤可以看出物体接触了容器底，通过与图④比较可以看出，弹簧测力计的示数变小了，说明受到了容器底的支持力的作用，根据阿基米德原理，液体密度相同、排开液体的体积相同，其所受浮力应该是相同的．故图⑤中物体受到的浮力也是1.2N．
（4）石块浸没在水中时受到的浮力F_浮=1.2N，
根据阿基米德原理：F_浮=ρ_水gV_排，
石块的体积：
V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.2N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.2×10^-4m³，
因G=mg，
故石块质量：
m=$\frac{G}{g}$=$\frac{3N}{10N/kg}$=0.3kg；
石块的密度：
ρ_石块=$\frac{m}{V}=\frac{0.3kg}{1.2×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=2.5×10³kg/m³．
故答案为：（1）物体排开液体的体积；（2）物体浸入液体深度；（3）1.2；（4）2.5×10³．

点评 浮力的大小与物体排开液体的体积和液体的密度有关，而与物体浸没的深度无关，这是我们必须明确的基本知识点，浮力的大小可能过弹簧测力计示数的变化得出来，但在最后一次实验中，如果物体接触到了容器底则要引起我们的特别注意，因为此时物体又受到了容器底的支持力的作用．