Question

为了探究物体的浮沉条件，实验室提供了如下器材：弹簧测力计、量筒、烧杯、金属块、木块（不吸水）、细线、水、细铁丝．
（1）小明想探究金属块的下沉条件．实验中，他用称重法测量了物体受到的浮力：
①如图所示，用弹簧测力计测出金属块在空气中重力G=

 

；
②将金属块浸没在水中，可得到小金属块所受的浮力F_浮=

 

．
③由此可得物体在水中下沉的条件是

 

．
④小明发现此实验还可得到金属块的密度为

 

kg/m³．
（2）小红想探究木块上浮的条件．实验中她需要测出木块浸没在水中时所受到的浮力，若采用小明的称重法测，你认为可行吗？

 

．若可行，请你写出还应采取的措施；若不可行，请你利用本题中所提供的器材另外设计实验．（请将本题答案写在下面的横线上）

 

．

Answer 1

分析：（1）该小题共用到以下四方面的知识：
①弹簧测力计的读数方法，读数时要认清测力计的最小分度值，然后根据指针所指位置进行读数；
②利用称重法测浮力：用弹簧测力计测出物体在空气和液体中的值，两次的差值即为物体所受液体的浮力；
③物体的浮沉条件：物体完全浸没在液体中时，若物体的重力大于所受浮力时，物体将下沉；
④此题中，金属块完全浸入水中，那么其体积与排开水的体积相同，那么可根据这一等量关系，分别用重力公式和浮力公式表示出金属块的体积和金属块排开水的体积，利用两者相等列方程求解金属块的密度．
（2）由于木块的密度小，会漂浮在水中，在不施加外力的情况下，无法浸没在水中，因此需考虑使用针压法来进行实验．

解答：解：（1）①如图所示，弹簧测力计的分度值是0.2N，则金属块在空气中重力G=2.2N；
②将金属块浸没在水中，测力计对金属块的拉力F′=2N，小金属块所受的浮力F_浮=G-F′=2.2N-2N=0.2N．
③金属块的重力G=2.2N，金属块受到的浮力F_浮=0.2N，由此可得物体在水中下沉的条件是F_浮＜G．
④由于金属块完全浸没在水中，则V_金=V_排；
已知：G=ρ_金gV_金，即V_金=

G

ρ金g

；
F_浮=ρ_水gV_排，即V_排=

F浮

ρ水g

；
则：

G

ρ金g

=

F浮

ρ水g

，所以有：ρ_金=

Gρ水

F浮

=

2.2N×1.0×103kg/m3

0.2N

=11×10³kg/m³．
（2）由于木块不下沉，不能直接测量木块受到浮力的大小，所以不能用称重法探究木块上浮的条件．
实验中要想需要测出木块浸没在水中时所受到的浮力，可采用如下步骤：
①在量筒中装入适量的水，记下体积V₁；
②将木块放入量筒的水中，并用细铁丝将木块全部按入水中，记下此时的体积V₂；
③利用阿基米德原理F_浮=G_排=ρ_水g（V₂-V₁）即可求得木块浸没在水中时受到的浮力．
故答案为：（1）①2.2N；②0.2N；③F_浮＜G；④11×10³kg/m³
（2）不行；
实验步骤：①在量筒中装入适量的水，记下体积V₁；
②将木块放入量筒的水中，并用细铁丝将木块全部按入水中，记下此时的体积V₂；
③利用阿基米德原理F_浮=G_排=ρ_水g（V₂-V₁）即可求得木块浸没在水中时受到的浮力．

点评：知道如何测量不下沉物体的浮力是本题的解题关键．