Question

小紅想：浮力是液體對物體向上的托力，而物體間力的作用是相互的，所以物體對液體一定有向下的壓力．那么浮力的大小和物體對液體壓力的大小有什么關系呢？
（1）小紅利用燒杯、水、天平、合金圓柱體、細線和彈簧測力計，進行了如下探究：
①在燒杯中盛適量水，用天平測出燒杯和水的總質量m₁；
②用彈簧測力計測出圓柱體的重力G；
③如圖所示，將圓柱體部分浸入燒杯的水中，靜止在某一深度，記下彈簧測力計的示數F，此時向天平的右盤加上適量的砝碼，使天平重新平衡，記下天平的讀數m₂．
（2）下表為小紅多次實驗記錄的數據：（表中h₂＞h₁），通過分析表格中的數據，可以得出結論：
浮力的大小

 

 （選填“大于”、“小于”或“等于”）物體對液體壓力的大小

圓柱圖位置	圓柱體的重力（牛）	彈簧測力計示數（牛）	燒杯和水的總質量m1	天平讀數m2
部分浸入	2.6	2.4	180	200
浸沒深度h1	2.6	2.2	180	220
浸沒深度h2	2.6	2.2	180	220

（3）小紅在野外考察拾到一塊漂亮的小石塊，她想知道石塊的密度，但只帶了一架托盤天平、一個燒杯、適量的水和細線，忘記帶量筒．她靈機一動，利用以上探究得到的結論，設計實驗測出了石塊的密度，以下是她設計的部分實驗步驟，請你將實驗步驟補充完整．
①用調節好的天平稱出小石塊的質量m₁；
②在燒杯中注入適量的水，用天平稱出燒杯和水的總質量m₂；
③

 

，在天平右盤添加適量的砝碼，移動游碼，天平平衡后，砝碼與游碼的總示數為m₃；
（4）已知水的密度為ρ_水，則小石塊密度的表達式為：ρ_石=

 

．

Answer 1

分析：（2）物體浸入水中時，物體的重力與彈簧測力計示數之差等于物體受到的浮力；
天平兩次平衡時，增加的砝碼增所受重力等于水所受的壓力，分析表中實驗數據，然后得出結論．
（3）用等效替代的方法測量石塊的體積，石塊受到的浮力等于它排開水的重力；
讓石塊浸沒在水中，測出燒杯、水和石塊的總質量m₃，m₃-m₂為添加的水的質量，已知水的密度，
由密度公式的變形公式可以求出添加的水的體積，石塊的體積就等于添加水的體積；
（4）已知石塊質量與體積，由密度公式求出石塊的密度．

解答：解：（2）由第一組實驗數據可知：浮力F_浮=2.6N-2.4N=0.2N；
物體對液體的壓力F_壓=（m₂-m₁）g=（0.2kg-0.18kg）×10N/kg=0.2N，
由第二與第三組實驗數據可知：F_浮=2.6N-2.2．N=0.4N，F_壓=（m₂-m₁）g=（0.22kg-0.18kg）×10N/kg=0.4N，
由此可知F_浮=F_壓，即浮力的大小等于物體對液體壓力的大�。�
（3）用細線拉著石塊，使石塊全部浸入水中，在天平右盤添加適量的砝碼，移動游碼，天平平衡后，砝碼與游碼的總示數為m₃．
（4）石塊受到的浮力F_浮=（m₃-m₂）g，
∵F_浮=ρgV_排，
∴石塊的體積V=V_排=

F浮

ρ水g

=

(m3-m2)g

ρ水g

=

m3-m2

ρ水

，
石塊的密度ρ_石=

m1

V

=

m1

m3-m2 ρ水

=

m1ρ水

m3-m2

；
故答案為：（2）等于；（3）用細線拉著石塊，使石塊全部浸入水中；（4）

m1ρ水

m3-m2

．

點評：本題考查了測浮力的方法、用天平的平衡測物體對液體的壓力、測物體密度的計算等問題，難度較大；
等效替代法是常用的方法，一定要掌握，利用等效替代的方法測量石塊的體積，石塊的體積等于燒杯內增加的水的體積，測量燒杯中增加的水的體積是關鍵．