Question

為了探究物體的浮沉條件，實驗室提供了如下器材：彈簧測力計、量筒、燒杯、金屬塊、木塊（不吸水）、細線、水、細鐵絲．
（1）小明想探究金屬塊的下沉條件．實驗中，他用稱重法測量了物體受到的浮力：
①如圖所示，用彈簧測力計測出金屬塊在空氣中重力G=

 

；
②將金屬塊浸沒在水中，可得到小金屬塊所受的浮力F_浮=

 

．
③由此可得物體在水中下沉的條件是

 

．
④小明發現此實驗還可得到金屬塊的密度為

 

kg/m³．
（2）小紅想探究木塊上浮的條件．實驗中她需要測出木塊浸沒在水中時所受到的浮力，若采用小明的稱重法測，你認為可行嗎？

 

．若可行，請你寫出還應采取的措施；若不可行，請你利用本題中所提供的器材另外設計實驗．（請將本題答案寫在下面的橫線上）

 

．

Answer 1

分析：（1）該小題共用到以下四方面的知識：
①彈簧測力計的讀數方法，讀數時要認清測力計的最小分度值，然后根據指針所指位置進行讀數；
②利用稱重法測浮力：用彈簧測力計測出物體在空氣和液體中的值，兩次的差值即為物體所受液體的浮力；
③物體的浮沉條件：物體完全浸沒在液體中時，若物體的重力大于所受浮力時，物體將下沉；
④此題中，金屬塊完全浸入水中，那么其體積與排開水的體積相同，那么可根據這一等量關系，分別用重力公式和浮力公式表示出金屬塊的體積和金屬塊排開水的體積，利用兩者相等列方程求解金屬塊的密度．
（2）由于木塊的密度小，會漂浮在水中，在不施加外力的情況下，無法浸沒在水中，因此需考慮使用針壓法來進行實驗．

解答：解：（1）①如圖所示，彈簧測力計的分度值是0.2N，則金屬塊在空氣中重力G=2.2N；
②將金屬塊浸沒在水中，測力計對金屬塊的拉力F′=2N，小金屬塊所受的浮力F_浮=G-F′=2.2N-2N=0.2N．
③金屬塊的重力G=2.2N，金屬塊受到的浮力F_浮=0.2N，由此可得物體在水中下沉的條件是F_浮＜G．
④由于金屬塊完全浸沒在水中，則V_金=V_排；
已知：G=ρ_金gV_金，即V_金=

G

ρ金g

；
F_浮=ρ_水gV_排，即V_排=

F浮

ρ水g

；
則：

G

ρ金g

=

F浮

ρ水g

，所以有：ρ_金=

Gρ水

F浮

=

2.2N×1.0×103kg/m3

0.2N

=11×10³kg/m³．
（2）由于木塊不下沉，不能直接測量木塊受到浮力的大小，所以不能用稱重法探究木塊上浮的條件．
實驗中要想需要測出木塊浸沒在水中時所受到的浮力，可采用如下步驟：
①在量筒中裝入適量的水，記下體積V₁；
②將木塊放入量筒的水中，并用細鐵絲將木塊全部按入水中，記下此時的體積V₂；
③利用阿基米德原理F_浮=G_排=ρ_水g（V₂-V₁）即可求得木塊浸沒在水中時受到的浮力．
故答案為：（1）①2.2N；②0.2N；③F_浮＜G；④11×10³kg/m³
（2）不行；
實驗步驟：①在量筒中裝入適量的水，記下體積V₁；
②將木塊放入量筒的水中，并用細鐵絲將木塊全部按入水中，記下此時的體積V₂；
③利用阿基米德原理F_浮=G_排=ρ_水g（V₂-V₁）即可求得木塊浸沒在水中時受到的浮力．

點評：知道如何測量不下沉物體的浮力是本題的解題關鍵．