Question

6．某小组同学探究“浸在水中时，物体所受浮力的大小”．
（1）①首先，他们进行“比一比，谁的小船货物装得多”的活动，装载货物前后的实验现象如图1所示．请你仔细观察、比较图1（a）和（b），并简要描述相关现象：小船浸入深度增大、排开水增多、容器中水面升高．

由此，三位同学提出了不同的猜想A、B和C．
猜想A：浮力的大小跟物体浸入水中的深度有关．
猜想B：浮力的大小跟物体排开水的多少有关．
猜想C：浮力的大小跟物体所受重力的大小有关．
②接着，该小组同学利用弹簧测力计、溢水杯、小桶（不计重力）、水等器材进行实验．他们先在可密封的圆柱体内装一些小铅粒，然后用细线将圆柱体悬挂在测力计下．当此圆柱体分别在空气中和水中不同的深度处保持静止时，测力计的示数和小桶中的水量如图所示．他们通过思考图2中“测力计示数变化的原因”，得到浮力测量的方法．
根据图（c）和（d）所示的测力计示数、小桶中水量等变化情况，可排除猜想A（选填“A”、“B”或“C”）；
在猜想B的基础上（选填“A”、“B”或“C”），进一步分析并形成假设D：物体在水中所受浮力的大小等于它排开水的重力．
③为了验证假设D，继续实验，他们记录了圆柱体在空气中、水中静止时的测力计示数F和小桶所收集的排开水的重力G_排，其部分数据见表一，则该柱体的重力为3.2N．随后，他们又在该圆柱体添加了若干铅粒，重复上述实验，其部分数据见表二：
表一　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

实验 序号	F （牛）	G排 （牛）
1	3.2	0
2	2.8	0.4
3	2.4	0.8
4	2.0	1.2
5	2.0	1.2

表二

实验 序号	F （牛）	G排 （牛）
6	4.6	0
7	4.0	0.6
8	3.6	1.0
9	3.4	1.2
10	3.4	1.2

（2）①分析、比较表一或表二的数据，初步验证假设D是正确．（选填“正确”或“错误”）
②分析、比较表一和表二的数据，可得出其它的初步结论是体所受浮力的大小跟该物体所受重力的大小无关．
③如果在上述表二对应的实验中所用的圆柱体是一个实心的圆柱体，请你根据表二的数据计算出改圆柱体的密度可能为3.8×10³kg/m³．

Answer 1

分析 （1）仔细观察、比较图1（a）和（b），从水面高度变化、小船浸入深度、排开水的多少几个方面可对现象进行描述；
（2）图2（c）和（d）所示的测力计示数相同、小桶中水量没有变化，只是物体浸没的深度不同，说明浸没深度对弹簧测力计的示数没有影响，据此可排除猜想A；
猜想B中指出浮力的大小跟物体排开水的多少有关，我们进一步推理，排开水的多少反映了浮力的大小，可通过实验找出两者的数量关系，从而得出假设D；
（3）表一中物体的重力为3.2N，减去它每次的弹簧测力计拉力，就是浮力的大小，再与G_排进行比较，可得出二者的大小关系；
（4）根据表格中数据计算出物体完全浸没时所受的浮力，根据V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{液}g}$计算出物体的密度，根据ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{G}{gV}$计算出物体的密度．

解答 解：
（1）①观察、比较图1（a）和（b），可以看出，当在小船中放入重物后，主要现象有：小船浸入深度增大、排开水增多、容器中水面升高；
②观察图2（c）和（d）中的测力计示数、小桶中水量等变化情况可知，测力计示数不变，小桶中水量不变，因此可说明浮力的大小与物体浸没的深度无关，故可排除猜想A；
在猜想B的基础上，进一步分析可得出物体在水中所受浮力的大小跟物体排开水所受重力的关系，因此可形成假设D：浮力的大小等于它排开的水所受的重力；
③圆柱体浸入水中前，弹簧测力计的示数即为该柱体的重力为3.2N；
（2）①根据称重法F_浮=G-F_拉，可依次求出每次物体浸入时所受的浮力，如序号2所受浮力=3.2N-2.8N=0.4N，与G_排相比较可以看出，二者的大小是相同的．同样的方法可分析表一、表二中的其他数据，也可以得出相同的结论．因此，初步验证假设D是正确的；
②表一与表二的实验条件变化还有就是将物体的重力增大了，在排开水的体积不变的情况下，我们发现，物体的重力大小对浮力并没有造成影响，因此，可得出初步的结论：在水中物体所受浮力的大小跟该物体所受重力的大小无关．
③由第10次实验知，当物体完全浸没时，F_浮=G_排=1.2N；
V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{液}g}$=$\frac{1.2N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.2×10^-4m³；
圆柱体的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{G}{gV}$=$\frac{4.6N}{10N/kg×1.2×1{0}^{-4}{m}^{3}}$≈3.8×10³kg/m³．
故答案为：
（1）①小船浸入深度增大、排开水增多、容器中水面升高；
②A； B； 它排开水的重力；
③3.2；
（2）①正确；
②体所受浮力的大小跟该物体所受重力的大小无关；
③3.8×10³．

点评 （1）在观察现象时应从水面的变化、小船浸入的深度、排水的多少等方面全面描述；
（2）在分析实验现象与数据时，应根据控制变量法的要求，明确变量与不变量是哪些，再通过观察所研究的量对弹簧测力计示数的影响最终做出判断；
（3）浮力的大小可通过称重法依次求出，通过比较浮力的大小与排开水的重力的大小可得出第一个问题的结论；而从表一到表二的变化，应重点注意是物体的排水体积没变，只是物体自身重力改变了，而这一变化不会对浮力的大小造成影响．