Question

甲、乙兩位同學分別對“物體的浮沉條件”進行了探究．
（1）甲同學的探究方案
實驗器材：彈簧測力計（量程0～5N，分度值0.2N）、天平（帶砝碼盒）、量筒及水、蠟塊（10g左右）
探究問題：蠟塊的上浮條件．
實驗過程：
①首先測量蠟塊的重力：方案一是用彈簧測力計直接測出蠟塊的重力；方案二是用天平測出蠟塊的質量，再求出重力．
你支持方案______，理由是______．
②測量蠟塊受到的浮力：量筒中放入適量的水，把蠟塊放在水中浮在水面時，測出蠟塊排開水的體積，用阿基米德原理求出浮力．你認為上述操作存在的問題是______．
③通過比較蠟塊的重力和受到的浮力，可知物體上浮的條件．
（2）乙同學的探究方案
實驗器材：裝有水的大燒杯、蠟塊、鐵釘（見右圖）．
探究問題：蠟塊的下沉條件．
實驗過程：把蠟塊浸沒在水中，松手后，發現
蠟塊要上浮直至漂浮在水面．為了使浸沒在水中的蠟塊會下沉，設計了兩種實驗方案．
方案一：將一根鐵釘全部插入蠟塊中，然后將蠟塊浸沒在水中松手，發現蠟塊沉入水底．
方案二：用同樣的鐵釘，但只將其部分插入蠟塊中，將蠟塊浸沒在水中松手，發現蠟塊也沉入水底．
①從物體受力的角度看，在蠟塊中插入鐵釘是為了改變______的大小．
②能夠得到的實驗結論是：______．
③雖然兩種方案的實驗結果基本一致，但老師認為方案一更科學．你認為老師這樣評價的主要理由是______．

Answer 1

解：（1）①蠟塊的重力：
G=mg=9×10-3kg×10/N/kg=0.09N＜0.2N，
即：蠟塊的重力小于彈簧測力計的分度值，無法直接精確測量，
所以，支持方案二；
②把蠟塊放在水中浮在水面時，測出蠟塊排開水的體積，這樣用阿基米德原理求出的浮力不是蠟塊浸沒在水中受到的浮力．應該利用“助沉法”使蠟塊浸沒在水中，測出蠟塊排開水的體積；
故答案為：①二；因為彈簧秤的分度值大于蠟塊的重力． ②蠟塊沒有浸沒在水中；
（2）在蠟塊中插入鐵釘，蠟塊的重力增大；當重力大于浮力時，物體就會下沉；
方案一：將一根鐵釘全部插入蠟塊，在改變重力的同時浮力是不變的；
方案二：沒有將鐵釘全部插入蠟塊，在改變重力的同時，蠟塊排開液體的體積增大，根據F_浮=ρ_液gV_排可知浮力變大，無法找到浮力和重力的關系．
故答案為：①重力；②物體的重力大于浮力時，物體下沉；③方案一是在改變物體重力的同時，控制了浮力不變這一條件．
分析：（1）①知道蠟塊的質量，利用重力公式求蠟塊重，可以看出其大小小于彈簧測力計的分度值0.2N，這樣測量不準確；
②研究的是浸沒水中的蠟塊上浮的條件，需要測量蠟塊的重和蠟塊浸沒在水中受到的浮力，若F_浮＞G，蠟塊將上浮；要利用阿基米德原理計算蠟塊浸沒在水中受到的浮力，需要知道浸沒時排開水的體積，據此判斷存在的問題；
（2）要探究物體的沉浮條件，就需要知道浮力和重力，蠟塊中插入鐵釘改變重力，就應該采用控制變量法控制浮力不變．
點評：本實驗題考查了天平的使用、彈簧測力計的使用、稱重法測浮力、阿基米德原理、排水法測固體體積（上浮的借用助沉法），知識點多，考查的是基本實驗探究能力，有難度．