Question

小明用一個彈簧測力計、一個金屬塊、兩個相同的燒杯（分別裝有一定量的水和煤油），對浸在液體中的物體所受的浮力進行了探究．如圖所示為探究過程及有關數據：
（1）分析圖A、B、C、D，說明浮力大小跟

物體排開液體的體積

有關；
（2）分析圖

D、E

，說明浮力大小跟液體的密度有關；
（3）金屬塊完全浸在煤油中所受的浮力是

2.4

N；
（4）根據圖中五個實驗提供的信息，小明認為可以直接或間接地得到多個物理量的數值，請你寫出其中的四個物理量及其數值（格式見示例，重抄示例不給分．已知水的密度ρ_水=1.0×10³kg/m³，g取10N/kg）：
示例：金屬塊的重量G=10N．
①金屬塊的質量m=

1kg

；
②金屬塊完全浸沒在水中時排開水的體積V_排=

3×10^-4m³

；
③煤油的密度ρ_煤油=

0.8×10³kg/m³

；
④

金屬塊的密度ρ_金屬=3.3×10³kg/m³

．

Answer 1

分析：（1）根據控制變量法的要求分析圖示實驗情景，根據實驗控制的變量與實驗現象，得出實驗結論．
（2）探究浮力與密度的關系，應控制物體排開液體的體積相同而液體種類不同，分析各圖，找出符合條件的圖片．
（3）由圖示實驗數據求出金屬塊的重力與金屬塊完全浸沒在煤油中時彈簧測力計的示數，金屬塊重力與彈簧測力計示數之差是金屬塊受到的浮力．
（4）由圖A得出物體的重力，由圖A、D得出金屬塊排開水的體積，根據稱重法結合圖A、E得出金屬塊浸沒在煤油中受到的浮力，利用阿基米德原理求出煤油的密度．

解答：解：（1）由圖A、B、C、D所示實驗可知，水的密度不變，金屬塊排開水的體積不同，彈簧測力計的示數不同，根據F_浮=G-F′，說明浮力大小跟物體排開液體的體積有關；
（2）探究浮力與密度的關系，應控制物體排開液體的體積相同而液體種類不同，由圖D和圖E可知，物體排開液體的體積相同，兩燒杯中液體不同，液體密度不同，物體受到的浮力不同，因此圖D、E說明浮力大小跟液體密度有關；
（3）由圖A可知，物體的重力G=10N，由圖E可知，物體浸沒在煤油中時，彈簧測力計對物體的拉力F=7.6N，則物體受到的浮力F_浮=G-F=10N-7.6N=2.4N．
（4）①由圖A可知，金屬塊的重力G=10N，∵G=mg，∴金屬塊的質量m=

G

g

=

10N

10N/kg

=1kg；
②由圖A與D可知，金屬塊完全浸沒在水中時，排開水的體積V_排=800ml-500ml=300ml=3×10^-4m³；
③金屬塊浸沒在煤油中彈簧測力計的示數F′=7.6N，
金屬塊在煤油中受到的浮力F_浮=G-F′=10N-7.6N=2.4N，
∵物體完全浸沒時排開液體的體積和本身的體積相等，F_浮=ρ_煤油gV_排，
∴煤油的密度：ρ_煤油=

F浮

gV排

=

F排

gV

=

2.4N

10N/kg×3×10-4m3

=0.8×10³kg/m³．
④金屬塊的密度ρ_金屬塊=

m

V

=

1kg

3×10-4m3

≈3.3×10³kg/m³；
故答案為：（1）物體排開液體的體積；（2）D、E；（3）2.4；
（4）①1kg； ②300mL；③0.8×10³kg/m³；④金屬塊的密度ρ_金屬=3.3×10³kg/m³．

點評：本題考查了探究浮力大小的實驗，涉及到影響浮力大小的因素、稱重法求浮力、密度的計算等，要注意控制變量法的應用，分析問題時找準什么量在變，什么量不變．