Question

為了探究浸在液體中的物體所受的浮力跟它排開液體所受的重力的關系，某同學進行了下圖所示的實驗：
（1）你覺得合理的實驗順序是

 

．
（2）選用其他液體多次實驗后，可得出結論：浸在液體中的物體所受的浮力，大小

 

．
（3）圖乙中，浸沒在水中的合金塊勻速向下運動的過程中，合金塊所受的浮力

 

（填“變大”、“不變”或“變小”）．
（4）合金塊的密度是

 

．（取g=10N/kg）

甲．測出實心合金塊所受的重力．
乙．把合金塊浸沒在裝滿水的溢水杯中，測出合金塊所受的浮力，收集合金塊排開的水．
丙．測出桶和排開的水所受的重力．
丁．測出空桶所受的重力．

Answer 1

分析：（1）要先測合金塊的重力和空桶的重力，然后再把金屬塊沒入水中，測出合金塊受到的浮力，最后再測出桶和溢出水的重力；
（2）根據阿基米德原理即可解答；
（3）浮力大小與V_排有關，而與下潛的深度無關；
（4）合金塊的質量可根據公式m=

G

g

算出，合金塊的體積等于它浸沒入水中時排開水的體積，所以合金塊的體積V=V_排=

F浮

ρ水g

，知道了合金塊的質量和體積，就可以利用密度公式ρ=

m

V

算出合金塊的密度了．

解答：解：（1）合理的實驗順序是：甲、測出實心合金塊所受的重力；
丁、測出空桶所受的重力；
乙、把合金塊浸沒在裝滿水的溢水杯中，測出合金塊所受的浮力，收集合金塊排開的水；
丙、測出桶和排開的水所受的重力．
（2）由圖中數據可知，合金塊受到的浮力：F_浮=2.0N-1.5N=0.5N，
合金塊沒入水中后排開水的重力：G_排水=G_桶和水-G_空桶=1.0N-0.5N=0.5N，
再結合阿基米德原理可知，浸在液體中的物體所受的浮力，大小等于它排開液體所受的重力；
（3）由阿基米德原理公式F_浮=ρ_液gV_排可知，浮力大小只與液體的密度和排開液體的體積有關．當合金塊浸沒在水中時，不論是向下勻速運動還是向上勻速運動，只要始終是沒入水中，則V_排一定，所受浮力不變；
（4）合金塊的質量：m=

G

g

=

2.0N

10N/kg

=0.2kg，
由F_浮=ρ_液gV_排得：V_排=

F浮

ρ水g

，
合金塊排水體積：V_排=

F浮

ρ水g

=

0.5N

1.0×103kg/m3×10N/kg

=5×10^-5m³，
因為合金塊浸沒入水中，所以V=V_排=5×10^-5m³，
合金塊的密度：ρ=

m

V

=

0.2kg

5×10-5m3

=4×10³kg/m³．
故答案為 （1）甲丁乙丙（丁甲乙丙）；
（2）等于它排開液體所受的重力；
（3）不變；
（4）4×10³kg/m³（4g/cm³）．

點評：本題是一道綜合題，綜合考查了學生的實驗和計算能力，理解阿基米德原理是解答本題的關鍵．本題中的第（1）問，關于實驗順序要注意：要先測合金塊的重力，再測合金塊的浮力，最后再測排出水的重力；本題中的第（4）問，給了我們一種計算體積的方法，那就是依據阿基米德原理利用浮力除以水的密度和g來計算．