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【题目】小冉在探究浮力大小与哪些因素有关的实验中,用到如下器材:分度值为0.1N的弹簧测力计、金属块a、金属块b、大小柱形容器若干、水,密度未知的某种液体,细线等。

(1)小冉进行了如图所示的实验:A步骤所示弹簧测力计的示数为________N;用弹簧测力计挂着金属块a缓慢地浸入液体中不同深度,步骤如图BC DE F (液体均未溢出),并将其示数记录在表中:

实验步骤

B

C

D

E

F

测力计示数/N

2.4

2.3

2.2

2.2

2.3

(2)在实验步骤B中金属块a所受浮力F=________N

(3)分析实验步骤AB C D,可以说明浮力大小跟排开液体的________有关;分析实验步骤A EF,可以说明浮力大小跟液体的________有关。

(4)小冉用表格中的数据算出了某种液体的密度是________ kg/m3(结果保留一位小数),金属块a的密度为________ kg/m3。若将A放至最后一步,则会使得金属块a的密度的测量值________(选填偏大偏小“不变”).

(5)同组的小萨只有刻度尺这一测量工具,于是他进行如下操作:

①在圆柱形容器中装有适量的水,将另一平底烧杯放入圆柱形容器的水中,烧杯静止时容器中水的深度H112cm,如图甲所示.

②将待测金属块b吊在烧杯底部(金属块未触底),测量出烧杯静止时露出水面的高度h16cm,容器中水的深度H218cm,如图乙所示.

③将金属块b放在烧杯中,烧杯静止时露出水面的高度h22cm,如图丙所示.

已知圆柱形容器底面积为烧杯底面积的3倍.则金属块b的密度为________ kg/m3

【答案】2.7 0.3 体积 密度 0.8×103 5.4×103 偏小 4.5×103

【解析】

(1)[1]弹簧测力计的分度值是0.1NA步骤所示弹簧测力计的示数为2.7N

(2)[2]在实验步骤B中金属块a所受浮力可以用称重法求出:

F=G-FB=2.7N-2.4N=0.3N

(3)[3]分析实验步骤ABCD,液体都是水,物体排开液体体积变化,所受浮力变化,可以说明浮力大小跟排开液体的体积有关;

[4]分析实验步骤AEF,物体都是完全浸在液体中,液体密度不同,浮力大小不同,可以说明浮力大小跟液体的密度有关;

(4)[5]当浸没在水中时,物体所受浮力:

F1=G-FE=2.7N-2.2N=0.5N

根据阿基米德原理得到:

F1=ρgV=ρgV

0.5N=1×103kg/m3×10N/kg×V

V=0.5×10-4m3

金属浸没在某液体中浮力:

F2=G-FF=2.7N-2.3N=0.4N

根据阿基米德原理:

F2=ρgV=ρgV

0.4N=ρ×10N/kg×0.5×10-4m3

ρ=0.8×103kg/m3

[6]金属的质量

m==0.27kg

金属的密度

ρ==5.4×103kg/m3

[7]若将A放至最后一步,因为金属上沾有液体,会使测得金属的质量偏大、重力偏大,根据以上可知计算金属密度的计算式:

ρ=ρ=

测得金属的重力增大,浸没时弹簧测力计示数不受影响,则计算式中分母增大,分子不变,所以会使得金属块a的密度的测量值偏小;

(5)[8]比较甲乙两图可知,都是漂浮,受到的浮力都等于自重,则两图中浮力的变化量等于金属块重力,两图中浮力的变化量:

ΔF=ρgΔV=ρgH2-H1S

所以金属块b的重力为:

G=ρgH2-H1S

金属块的质量:

m=ρH2-H1S

比较乙丙可知,都是漂浮,烧杯和金属块的总重不变,总浮力不变;则乙图中金属块受到的浮力等于这两次烧杯受到的浮力变化量,金属块b受到的浮力:

ρgVb=ρgVb=ρgh1-h2S烧杯

所以金属块b的体积为

Vb=h1-h2S烧杯

b的密度为:

ρ==4.5×103kg/m3

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