Question

13．同學(xué)們利用如下器材來探究“浮力的大小”，實(shí)驗(yàn)過程如圖1所示：

（1）你覺得圖1中合理的實(shí)驗(yàn)順序是ACBD．
（2）小明同學(xué)在進(jìn)行圖1中B步驟的實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)先將溢水杯中的水添加至與杯口相平．接著他在進(jìn)行B步驟的實(shí)驗(yàn)時(shí)，物體接觸并擠壓了容器底部，他測得物體的浮力比真實(shí)值偏大（選填“偏大”“偏小”“不變”）．
（3）在圖1A、B、C、D中，彈簧測力計(jì)的示數(shù)分別為2.5N、2N、1N、1.5N，則物體受到的浮力是0.5N，物體的體積為5×10^-5m³，物體的密度為5×10³kg/m³．（g=10N/kg ）
（4）小紅同學(xué)認(rèn)為這樣的實(shí)驗(yàn)步驟比較繁瑣，于是對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改變．如圖2所示，將容器放在升降臺(tái)C上，用升降臺(tái)調(diào)節(jié)溢水杯的高度來控制物體排開液體的體積．小紅逐漸調(diào)高升降臺(tái)，發(fā)現(xiàn)在重物浸沒之前，隨著重物浸入水中的體積越來越大，彈簧測力計(jì)A示數(shù)的變化量等于彈簧測力計(jì)B示數(shù)的變化量（選填“大于”、“小于”或“等于”），在這個(gè)過程中容器對(duì)升降臺(tái)C的壓力不變（選填“變大”、“變小”、“不變”）．

Answer 1

分析 （1）為避免桶中有水對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，實(shí)驗(yàn)步驟應(yīng)為：先測物體的重力；測空桶的重力；將物體浸沒在水中，讀出測力計(jì)的示數(shù)，最后測出桶和排出水的重力．
通過AC彈簧測力計(jì)的示數(shù)差可求出石塊所受浮力的大��；圖D中彈簧測力計(jì)的示數(shù)等于小桶的重加排出的水重；
（2）為使排開的液體全部溢出，所以，在進(jìn)行圖1中B步驟的實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)先將溢水杯中的水添加至與杯口相平；
接著他在進(jìn)行B步驟的實(shí)驗(yàn)時(shí)，物體接觸并擠壓了容器底部，則容器底部受到一個(gè)向上的力的作用，據(jù)此分析回答；
（3）由圖AB，根據(jù)F_浮=G-F_示求浮力大小；根據(jù)阿基米德原理據(jù)F_浮=ρ_液gV_排可求排開水的體積即物體體積，根據(jù)密度公式求物體的密度；
（4）根據(jù)阿基米德原理可知，重物浸入水中的體積越來越大時(shí)受到的浮力變大，根據(jù)稱重法可知彈簧測力計(jì)A示數(shù)的變化；此時(shí)重物排開水的體積變大即溢出水的體積變大，據(jù)此可知彈簧測力計(jì)B示數(shù)的變化；再根據(jù)阿基米德原理判斷彈簧秤A的示數(shù)變化量和彈簧秤B的示數(shù)變化量之間的關(guān)系．
將燒杯、水和物體看做一個(gè)整體，容器對(duì)升降臺(tái)C的壓力等于空杯和杯內(nèi)水的總重與物體的重力之和再減去物體受到的拉力，由G_物-F_示=F_浮結(jié)合力的作用是相互的和阿基米德原理，分析在這個(gè)過程中容器對(duì)升降臺(tái)C的壓力的變化．

解答 解：（1）要先測物體的重力和空桶的重力，然后再把物體沒入水中，測出物體受到的浮力，最后再測出桶和溢出水的總重力，故圖1中合理的實(shí)驗(yàn)順序是ACBD；
（2）應(yīng)先將溢水杯中的水添加至與杯口相平，這樣才能確保將物體排開的液體全部溢出到空桶中；
若物體接觸并擠壓了容器底部，由力的作用是相互的，容器底部對(duì)物體有一個(gè)向上的力的作用，測力計(jì)的示數(shù)將減小，根據(jù)F_浮=G-F_示可知，測得的浮力將偏大．
（3）物體受到的浮力F_浮=G-F_示=2.5N-2N=0.5N；
根據(jù)阿基米德原理可得F_浮=ρ_液gV_排水，
排開水的體積V_排水=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.5N}{{10}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=5×10^-5 m³，
因物體浸沒在水中，所以物體的體積等于排開水的體積，即V=V_排水=5×10^-5 m³，
由圖A知，物體的重力G=2.5N，
物體的密度ρ=$\frac{m}{V}=\frac{G}{gV}=\frac{2.5N}{10N/kg×5{{×10}^{-5}m}^{3}}$=5×10³ kg/m³；
（4）重物浸入水中的體積越來越大時(shí)，排開液體的體積變大，
根據(jù)F_浮=ρ_液gV_排可知，重物受到的浮力變大，
因?yàn)镕_浮=G-F_示，
所以彈簧測力計(jì)A的示數(shù)F_示=G-F_浮變�。�
又因?yàn)橹匚锝胨械捏w積越來越大時(shí)，溢出水的體積變大、溢出水的質(zhì)量變大、溢出水受到的重力變大，
所以彈簧測力計(jì)B的示數(shù)變大；
根據(jù)阿基米德原理可知，物體所受浮力的大小和排開液體的重力相等，所以彈簧測力計(jì)A示數(shù)的變化量和彈簧測力計(jì)B的示數(shù)變化量相等；
將燒杯、水和物體看做一個(gè)整體，容器對(duì)升降臺(tái)C的壓力等于空杯和杯內(nèi)水的總重與物體的重力之和再減去物體受到的拉力（大小等于測力計(jì)的示數(shù)），即F_壓=G_杯+G_{杯內(nèi)水}+G_物-F_示，而G_物-F_示=F_浮，
所以F_壓=G_杯+G_{杯內(nèi)水}+F_浮，根據(jù)阿基米德原理，F(xiàn)_浮=G_排水，
所以F_壓=G_杯+G_{杯內(nèi)水}+G_排水，由于杯內(nèi)的水和排出的水的總重等于原來杯子里的水，是個(gè)定值，所以，在這個(gè)過程中容器對(duì)升降臺(tái)C的壓力不變．
故答案為：（1）ACBD；（2）杯口；偏大；（3）0.5；5×10^-5；5×10³；（4）等于；不變．

點(diǎn)評(píng) 本題探究浮力的大小，涉及稱重法測浮力、質(zhì)量計(jì)算、阿基米德原理、密度公式、固體的壓力等于知識(shí)，同時(shí)考查了實(shí)驗(yàn)過程、注意的事項(xiàng)和對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的分析及對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)，綜合性強(qiáng)，難度大，為壓軸題，也為易錯(cuò)題．