Question

如图，为了探究“浸在液体中的物体所受的浮力跟它排开液体所受的重力”的关系，某同学进行了实验：
（1）图中示意了四个实验步骤，合理的实验顺序应该是______．
（2）从图中实验数据可知，合金块所受的重力G_块=______N；
浸没于水中时所受到的浮力F_浮=______N；
排开水所受的重力G_排=______N；
结合本次实验的目的，根据上述数据可以得出结论：F_浮=______（根据上述已给出的物理量符号写出浮力的关系式）．
（3）图乙中，若浸没在水中的合金块匀速向下运动（不碰溢水杯），合金块所受的浮力______
（填“变大”、“不变”或“变小”）
（4）小明认为：浮力的大小应该和物体所浸入液体的密度有关．他通过第（2）步结论的关系式，推导出浮力大小与液体密度的关系式．请你写出推导过程．（直接写出关系式不给分）

Answer 1

【答案】分析：（1）要先测合金块的重力和空桶的重力，然后再把金属块没入水中，测出合金块受到的浮力，最后再测出桶和溢出水的重力；
（2）根据甲和乙弹簧测力计的示数可知重力和浮力的大小；根据阿基米德原理可知，排开液体的重力等于浮力；
（3）浮力大小与V_排有关，而与下潜的深度无关；
（4）利用F_浮=G_排、G=mg以及ρ=推导出浮力与密度的关系．阿基米德原理公式F_浮=ρ_液gV_排可知
解答：解：（1）合理的实验顺序是：甲、测出实心合金块所受的重力；
丁、测出空桶所受的重力；
乙、把合金块浸没在装满水的溢水杯中，测出合金块所受的浮力，收集合金块排开的水；
丙、测出桶和排开的水所受的重力．
（2）由图甲可知，合金的重力：G_块=2N；
由图乙可知，弹簧测力计的示数为：F_示数=1.6N，
合金块受到的浮力：F_浮=G_块-F_示数=2.0N-1.6N=0.4N；
图丙和丁可知，弹簧测力计的示数分别为：G_桶和水=1N，G_空桶=0.6N；
排开水的重力：G_排=G_桶和水-G_空桶=1.0N-0.6N=0.4N，
再结合阿基米德原理可知，浸在液体中的物体所受的浮力，大小等于它排开液体所受的重力，即F_浮=G_排；
（3）由阿基米德原理公式F_浮=ρ_液gV_排可知，浮力大小只与液体的密度和排开液体的体积有关．当合金块浸没在水中时，不论是向下匀速运动还是向上匀速运动，只要始终是没入水中，则V_排一定，所受浮力不变；
（4）∵F_浮=G_排、G=mg以及ρ=
∴F_浮=G_排=m_液g=ρ_液gV_排，显然浮力与液体的密度和排开液体的体积有关．
故答案为 （1）甲丁乙丙（丁甲乙丙）；
（2）2，0.4，0.4，G_排；
（3）不变；
（4）F_浮=G_排=m_排g=ρ_液gV_排．
点评：本题是一道综合题，综合考查了学生的实验和计算能力，理解阿基米德原理是解答本题的关键．关于实验顺序要注意：要先测合金块的重力，再测合金块的浮力，最后再测排出水的重力．