Question

（2012?湛江）在探究“浮力的大小跟哪些因素有關”的實驗時，一組同學用量程符合實驗要求的彈簧測力計一個、大燒杯盛有足夠深的水、一個小石柱，對浸在水中的物體所受的浮力進行了探究．實驗過程如圖所示．
（1）由圖B和圖C的探究，可以得出的結論是：

物體受到的浮力大小跟排開液體的體積有關

．
（2）對比分析

C、D

（填字母）兩次實驗，說明浸沒在液體中的物體受到浮力的大小跟深度無關．
（3）完成上述實驗后，該組同學還想知道物體受到液體的浮力與液體的密度是否有關．再給你提供一杯鹽水，并利用已有的實驗器材，請你幫他們設計一個實驗進行探究．簡要寫出實驗步驟及論證方法． （要用合適的符號表示測量的物理量）
（4）通過交流發(fā)現(xiàn)，利用上述第（3）題的探究，還可以測出鹽水的密度．請你利用所測的物理量，寫出鹽水密度的表達式ρ_鹽水=

ρ水(G-F2)

G-F1

．（設水的密度ρ_水已知）

Answer 1

分析：（1）物體所受浮力的大小與液體的密度和物體排開液體的體積有關，要探究浮力和其中一個因素的關系時，要控制另外一個因素不變；
（2）要探究物體受到液體的浮力與液體的密度是否有關，應控制物體排開液體的體積相同，改變液體的密度，分別利用稱重法求出物體受到的浮力，然后相比較即可驗證；
（3）要測量鹽水的密度，可以根據(jù)浮力的計算公式F_浮=ρ_液V_排g得出ρ_液=

F浮

V排g

；浮力可以根據(jù)F_浮=G-F′得出，物體排開鹽水的體積，可以讓小石柱分別浸沒在水和鹽水中，排開鹽水的體積就等于排開水的體積，根據(jù)F_浮=G-F_示求出小石柱浸沒在水中受到的浮力，再根據(jù)V_排=

F浮

ρ水g

求出小石柱排開水的體積，也就是排開鹽水的體積．

解答：解：
（1）由圖B和圖C實驗可知，液體的密度相同，物體浸入液體的體積不同即排開液體的體積不同，彈簧測力計的示數(shù)不同，根據(jù)F_浮=G-F′可知，物體受到的浮力不同，故可得結論：物體受到的浮力大小跟排開液體的體積有關；
（2）要探究浸沒在液體中的物體受到浮力的大小跟深度無關，應控制液體的密度和排開液體的體積相同，改變物體浸沒在液體中的深度不同，故C、D兩次實驗符合；
（3）實驗步驟：
①用彈簧測力計測出小石柱在空氣中的重力G；
②將小石柱浸沒在水中某一深度，讀出彈簧測力計示數(shù)F₁；
③將小石柱浸沒在鹽水中某一深度，再次讀出彈簧測力計示數(shù)F₂；
④根據(jù)稱重法求出浮力，即F_浮1=G-F₁，F(xiàn)_浮2=G-F₂；
論證方法：
如果F_浮1=F_浮2，則說明物體受到的浮力大小與液體密度無關；
如果F_浮1≠F_浮2，則說明物體受到的浮力大小與液體密度有關；
（4）小石柱浸沒在水中時排開水的體積V_排1=

G-F1

ρ水g

，
小石柱浸沒在鹽水中的排開鹽水的體積V_排2=V_排1=

G-F1

ρ水g

，
小石柱浸沒在鹽水中的浮力F_浮2=G-F₂，
鹽水的密度ρ=

G-F2

V排g

=

G-F2

G-F1 ρ水g g

=

ρ水(G-F2)

G-F1

．
故答案為：
（1）物體受到的浮力大小跟排開液體的體積有關；
（2）C、D；
（3）實驗步驟：
①用彈簧測力計測出小石柱在空氣中的重力G；
②將小石柱浸沒在水中某一深度，讀出彈簧測力計示數(shù)F₁；
③將小石柱浸沒在鹽水中某一深度，再次讀出彈簧測力計示數(shù)F₂；
④根據(jù)稱重法求出浮力，即F_浮1=G-F₁，F(xiàn)_浮2=G-F₂；
論證方法：
如果F_浮1=F_浮2，則說明物體受到的浮力大小與液體密度無關；
如果F_浮1≠F_浮2，則說明物體受到的浮力大小與液體密度有關；
（4）

ρ水(G-F2)

G-F1

．

點評：本題考查了探究浮力大小的實驗，涉及到控制變量法和阿基米德原理的靈活運用，關鍵是稱重法測浮力和知道物體完全浸沒時排開液體的體積和本身的體積相等．