Question

4．小明用一个弹簧测力计、一个金属块、两个相同的烧杯（分别装有一定量的水和煤油），对浸在液体中的物质所受的浮力进行了探究．如图为探究过程及有关数据：

（1）比较图B、C、D，说明浮力大小跟物体排开液体的体积有关；
（2）比较图D、E，说明浮力大小跟液体的密度有关；
（3）金属块完全浸在煤油中所受的浮力是2.4N；
（4）根据实验提供的信息，计算金属块的密度约为3.3×10³kg/m³．（g取10N/kg）

Answer 1

分析 物体在液体中受到竖直向下的重力G，竖直向上的弹簧测力计的拉力F，
竖直向上的浮力F_浮作用而静止，处于平衡状态，由平衡条件可得F_浮=G-F；
（1）分析图B、C、D，看物体所受浮力与物体排开液体体积间的关系，从而得出结论．
（2）探究浮力与密度的关系，应控制物体排开液体的体积相同而液体种类不同，分析各图，找出符合条件的图片．
（3）由图A求出物体的重力，由图E求出弹簧测力计对物体的拉力，然后由平衡条件求出物体在煤油中受到的浮力．
（4）根据F_浮=ρgV_排变形可求得金属块排开煤油的体积，因为全部浸没，所以V_排=V_物，根据金属块的重力可求得其质量，然后可求得密度．

解答 解：（1）由图B、C、D可知，物体浸入水的体积不同，即物体排开水的体积不同，
物体受到的浮力不同，这说明：浮力大小与物体排开液体的体积有关．
（2）探究浮力与密度的关系，应控制物体排开液体的体积相同而液体种类不同，
由图D和图E可知，物体排开液体的体积相同，两烧杯中液体不同，液体密度不同，
物体受到的浮力不同，因此图D、E说明浮力大小跟液体密度有关．
（3）由图A可知，物体的重力G=10N，由图E可知，物体浸没在煤油中时，
弹簧测力计对物体的拉力F=7.6N，则物体受到的浮力F_浮=G-F=10N-7.6N=2.4N．
（4）由F_浮=ρgV_排可得，V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{2.4N}{0.8×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=3×10^-4m³，
因为全部浸没，所以V_排=V_物=3×10^-4m³，
金属块的质量m=$\frac{G}{g}$=$\frac{10N}{10N/kg}$=1kg，
则金属块的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{1kg}{3×1{0}^{-4}{m}^{3}}$≈3.3×10³kg/m³．
故答案为：（1）物体排开液体的体积；（2）D、E；（3）2.4；3.3×10³kg/m³．

点评 本题是探究影响浮力大小的实验，目就是考查学生对控制变量法的掌握，看学生能否灵活应用该方法解决问题．