Question

同學們在學習“阿基米德原理”這節課上，仔細觀察了老師所做的演示實驗（如圖l）．課后復習時，物理興趣小組的同學們，經過反復的思考、討論，提出了對該實驗的改進意見，并動手制作出了如圖2的實驗裝置，其中A、B為兩個規格相同的彈簧測力計，C為重物，D為薄塑料袋（質量不計），E是用廢棄的大號飲料瓶、帶孔橡皮塞以及彎曲玻璃管自制的溢水杯，杯中加入紅色的水，F是升降平臺（搖動手柄，可使平臺高度緩慢上升、下降），G為鐵架臺．

（1）請你寫出他們改進后的實驗探究過程．
（2）對比圖1、圖2的兩組實驗，改進后的實驗與原實驗比較有哪些優點？（寫2條）
①______
②______
（3）請利用彈簧測力計、石塊、水和量筒，設計另一種驗證“阿基米德原理”的方法．
（要求畫出示意圖，計按照圖說明驗證的過程）

Answer 1

解：（1）用彈簧測力計A測出物體C的重力為G，逐漸調高平臺F，使重物浸入水中，讀出彈簧測力計A的示數F₁和彈簧測力計B的示數F₂，比較G-F₁和F₂的關系．
（2）對比圖1、圖2的兩組實驗可知：圖2的實驗中，把水變為紅色是為了增加可見度；
使用可調節的平臺，可以形象觀察到物體排出液體體積的增大；
使用鐵架臺是為了固定彈簧秤方便老師講解．
故存在的優點有：①溢水杯中加紅色水，增加了可見度；
②能同時顯示出物體所受的浮力大小和物體排開液體的重力大小，便于直觀比較；
③調節平臺F的高度還可以觀察到物體受到的浮力隨排開液體的體積的增大而增大；
④彈簧上端固定住鐵架臺上，彈簧測力計示數更穩定
⑤薄塑料袋不計質量，彈簧測力計B的示數直接反映物體所受的浮力大小，操作簡便；
⑥上課時不用老師拎著彈簧測力計讀數，便于老師的講解．
故答案為：①溢水杯中加紅色水，增加了可見度；
②能同時顯示出物體所受的浮力大小和物體排開液體的重力大小，便于直觀比較．（上面的任意2條即可）
（3）如圖：

①用彈簧測力計測出石塊的重力G，
②在量筒中裝入適量的水，測出水的體積V₁；
③將石塊浸沒在量筒中，讀出彈簧測力計的示數F，讀出此時水的體積為V₂；
驗證：若G-F=ρg（V₂-V₁，）則阿基米德原理成立，反之則錯誤．
分析：（1）根據阿基米德原理可知，重物浸入水中的體積越來越大時受到的浮力變大，根據稱重法可知彈簧測力計A示數的變化；此時重物排開水的體積變大即溢出水的體積變大，據此可知彈簧測力計B示數的變化；再根據阿基米德原理判斷彈簧測力計A的示數變化量和彈簧測力計B的示數變化量之間的關系．
（2）改進后的優點從增加實驗器材的目的來分析．
（3）根據F_浮=G_排，實驗中需要測出浮力F_浮=G-F；排出液體的重力G_排根據G_排=m_排g=ρgV_排則因知道水的密度，測出排出水的體積即可；據此分析設計即可．
點評：本題主要是考查學生科學探究的能力、分析能力、觀察能力以及對阿基米德原理的理解．