Question

小雨同學在學習了阿基米德原理后想到“物體受到浮力大小可能還跟物體的密度有關？”、“沒有天平和量筒，只用彈簧測力計和水也能測鐵塊等的密度”，他選取了兩塊體積和形狀都相同的實心銅塊和鐵塊（已知銅的密度大于鐵的密度），進行了如圖的實驗．

（1）銅塊浸沒在水中時所受的浮力為

0.5

N．
（2）驗證物體所受的浮力大小是否與物體的密度有關？
小雨應該選取圖中的

AD、BE

等步驟（填字母符號）進行對比，根據他所選擇的幾個圖中彈簧測力計的示數可以知道銅塊受到的浮力

等于

（選填“大于”、“等于”或“小于”）鐵塊受到的浮力．由此得出物體所受的浮力大小與物體的密度

無關

（選填“有關”或“無關”）．
（3）本實驗采用的物理方法是

C

．
A．理想實驗法       B．模型法     C．控制變量法    D．類比法
（4）測得鐵塊的密度大小是

8×10³

kg/m³．

Answer 1

分析：（1）銅塊浸沒在水中時所受的浮力可通過圖B、E利用稱重法求出．
（2）要驗證物體所受的浮力大小是否與物體的密度有關，應選擇兩物塊分別浸沒在水中時的情況，求出各自的浮力進行比較．
（3）本實驗中要探究浮力的大小與多個變量的關系，因此，要用到控制變量的方法．
（4）根據鐵塊重力求出鐵塊的質量，應用排水法測出鐵塊的體積，然后根據密度公式求出鐵塊的密度．

解答：解：（1）由B可知，銅塊受到的重力G_銅=4.4N，由F可知，彈簧測力計的示數F=3.9N，
銅塊浸沒在水中時，受重力，浮力、彈簧測力計的拉力作用，處于平衡狀態，由平衡條件得：
銅塊浸沒在水中時的浮力F_浮銅=G_銅-F=4.4N-3.9N=0.5N．
（2）利用圖A、D可求出鐵塊浸沒在水中的浮力，利用圖B、E可求出銅塊浸沒在水中的浮力，比較可知F_浮鐵=F_浮銅=0.5N，說明物體受到的浮力大小與物體的密度無關．
（3）實驗中探究浮力大小與物體密度、浸沒深度、排水體積等多個量的關系，因此所選用的是控制變量法，選項C符合題意．
（4）由A知，鐵塊受的重力G_鐵=4.0N，∵G=mg，∴鐵塊的質量m_鐵=

G鐵

g

，
由阿基米德原理可知，鐵塊受到浮力等于鐵塊排開水的重力，由AD可知：
鐵塊受到的浮力F_浮鐵=4.0N-3.5N=0.5N，鐵塊排開水的重力G_水=F_浮鐵=0.5N，
∵G_水=ρ_水gV_排，∴排開水的體積V_排=

G水

ρ水g

，鐵塊的體積等于它所排開水的體積，
鐵塊的密度ρ_鐵=

m鐵

V鐵

=

m鐵

V排

=

G鐵 g

G水 ρ水g

=

G鐵ρ水

G水

=

4.0N×1×103kg/m3

0.5N

=8×10³kg/m³．
故答案為：（1）0.5；（2）AD、BE；等于；無關；（3）C；（4）8×10³．

點評：稱重法是本實驗中求浮力的基本方法，控制變量法是本實驗中用到的基本研究方法，把握住這兩點才能順利完成本實驗的探究．