Question

20．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，某同学进行了如图所示的实验：
（1）你觉得合理的实验顺序是丁甲乙丙．
（2）选用其他液体多次实验后，可得出结论：浸在液体中的物体所受的浮力，等于它排开液体所受的重力．
（3）合金块的密度是4×10³kg/m³．

Answer 1

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）根据阿基米德原理即可解答；
（3）合金块的质量可根据公式m=$\frac{G}{g}$算出，合金块的体积等于它浸没入水中时排开水的体积，所以合金块的体积V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$，知道了合金块的质量和体积，就可以利用密度公式ρ=$\frac{m}{V}$算出合金块的密度了．

解答 解：（1）合理的实验顺序是：丁、测出空桶所受的重力；
甲、测出实心合金块所受的重力；
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）由图中数据可知，合金块受到的浮力：F_浮=2.0N-1.5N=0.5N，
合金块没入水中后排开水的重力：G_排水=G_桶和水-G_空桶=1.0N-0.5N=0.5N，
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；
（3）合金块的质量：m=$\frac{G}{g}$=$\frac{2.0N}{10N/kg}$=0.2kg，
由F_浮=ρ_液gV_排得合金块排水体积：V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.5N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=5×10^-5m³，
因为合金块浸没入水中，所以V=V_排=5×10^-5m³，
合金块的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.2kg}{5×1{0}^{-5}{m}^{3}}$=4×10³kg/m³．
故答案为 （1）丁甲乙丙；
（2）等于它排开液体所受的重力；
（3）4×10³．

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．本题中的第（1）问，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；本题中的第（3）问，给了我们一种计算体积的方法，那就是依据阿基米德原理利用浮力除以水的密度和g来计算．