Question

2．小明帮爷爷浇菜园．他从井中提水时发现盛满水的桶露出水面越多，提桶的力就越大．由此他猜想：浮力大小可能与物体排开液体的体积有关．于是他找来一个金属圆柱体、弹簧测力计和烧杯等器材进行了如图1所示的探究．

（l）分析图1中弹簧测力计示数的变化可知，物体排开水的体积越大，所受的浮力越大．
（2）实验结束后，小明绘制了弹簧测力计对金属圆柱体的拉力和金属圆柱体所受浮力随浸入液体深度变化的曲线，如图2所示．（ρ_水=1.0×10³kg/m³，取g=10N/kg），分析图象可知：
①曲线a（选填“a”或“b”）描述的是金属圆柱体所受浮力的变化情况；
②该金属圆柱体的重力为2.7 N，在图1丁所示的情形下，金属圆柱体所受的浮力为1.0 N，金属圆柱体的密度为2.7×10³ kg/m³；
（3）爷爷鼓励小明对“浸在液体中的物体所受到的浮力大小是否与液体的密度有关”这一问题进行探究请你帮小明把下面“实验器材”“实验步骤”中的部分内容填写完整．
实验器材：金属圆柱体、弹簧测力计、烧杯、水、盐水、细线
实验步骤：
①用细线拴住金属圆柱体，悬挂在弹簧测力计下；
②将金属圆柱体先后分别完全浸没在水和盐水中，分别读出两次弹簧测力计的示数F₁和F₂．
③比较F₁和F₂的大小，分析得出物体所受浮力的大小是否与液体的密度有关．
（4）如图3所示，是小明在学校实验室经常使用的弹簧测力计，若用该测力计测该金属圆柱体所受的重力，请你在图中画出此时弹簧测力计指针的位置．

Answer 1

分析 （1）浸在液体中的物体受到液体的浮力，浮力大小等于重力与弹簧测力计的拉力之差，重力不变，浮力是否变化通过拉力是否变化得出；
（2）①读懂图象中物体受到的拉力（浮力）与所在水的深度的关系，就能做出正确的选择；
②由图象可知，当物体所在水的深度为h=0，也就是没有与水接触时，弹簧测力计的示数等于物体的重力；已知重力，可以得到物体的质量；
当物体完全浸没时，浮力的大小可以得到；已知浮力和水的密度，利用公式V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$得到物体的体积；已知物体的质量和体积，利用公式ρ=$\frac{m}{V}$得到其密度；
（3）要探究浮力与液体密度的关系，除上面的器材外，还要有弹簧测力计；同时保持物体排开不同液体的体积一定，记录物体受到的浮力，比较浮力与密度的关系；
（4）弹簧测力计的量程是0～5N，分度值是0.2N，钩码的重力是2.7N，将测力计的指针画在2N以下三个半格的刻线处．

解答 解：
（1）由图知，随着物体浸入水中体积的增大，弹簧测力计的示数逐渐减小，说明物体受到的浮力不断增大；
（2）①图象a表示的是随物体浸入液体深度的增大，物体受到的浮力开始越来越大，最后保持不变；图象b表示的是随物体浸入液体深度的增大，物体受到的拉力开始越来越小，最后保持不变．所以描述浮力与深度关系的是a；
②由图象知，物体的重力为G=2.7N，所以质量为m=$\frac{G}{g}$=$\frac{2.7N}{10N/kg}$=0.27kg
当物体完全浸没时，受到的浮力为F_浮=1.0N
所以物体的体积为V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.0N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.0×10^-4m³
物体的密度为ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.27kg}{1.0×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=2.7×10³kg/m³；
（3）器材：金属圆柱体、弹簧测力计、烧杯、水、盐水、细线
步骤：②将金属圆柱体完全浸没在清水中，读出此时弹簧测力计的示数F₁；将金属圆柱体完全浸没在盐水中，读出此时弹簧测力计的示数F₂；
（4）由图知，在1N之间有5个小格，一个小格代表0.2N，即分度值为0.2N，如果重力为2.7N金属圆柱体挂在弹簧测力计的挂钩上，指针的位置应该在“2”后三个半小格处，如下图：
．
故答案为：
（1）越大；（2）①a；②2.7；1.0；2.7×10³；（3）弹簧测力计；完全浸没；盐水；（4）如上图．

点评 物体受到的浮力与排开液体的体积太小有关，与所处的深度无关．当物体接触液面不断向下过程中，不要只注意深度的增大，排开液体的体积也是增大的，这才是浮力增大的根本原因．