Question

13．为了探究浮力的相关规律，小明进行了如下探究：

（1）比较abcd四幅图，可知浮力大小等于物体排开液体所受的重力；
（2）比较图c与图e可得到的结论是浮力的大小与排开液体的密度有关；
（3）图f中弹簧测力计的示数为2.2N，图b中物体的密度为4×10³kg/m³；图e中盐水的密度为1.2×10³kg/m³；
（4）d图中桶底受到的压强p₁与f图中桶底受到的压强p₂之比为p₁：p₂=5：6．

Answer 1

分析 （1）物体重力与物体浸没在液体中时弹簧测力计对物体拉力之差是物体受到的浮力；桶与液体总重力与空桶的重力之差是物体排开液体的重力；比较实验中的结果得出实验结论．
（2）根据控制变量法的要求分析图示实验，根据实验控制的变量与实验现象得出结论．
（3）由图示中力的大小关系，结合阿基米德原理可得出f的示数；根据浮力公式求出物体的体积，然后应用密度公式求出物体的密度，应用浮力公式求出盐水的密度．
（4）根据p=ρ_液gh判断压强的大小．

解答 解：（1）合理的实验顺序是：测出空桶所受的重力；测出实心合金块所受的重力；
把合金块浸没在装满水的溢水杯中，测出合金块所受的浮力，收集合金块排开的水；测出桶和排开的水所受的重力；
由图bc所示可知，物体受到的浮力：F_浮=G-F=4N-3N=1N，
由图ad所示可知，物体排开液体的重力：G_排水=G_桶和水-G_空桶=2N-1N=1N，
由图示abcd所示实验可知：浮力大小等于物体排开液体所受的重力；
（2）由图c、e所示实验可知，物体排开液体的体积相同而排开液体的密度不同，物体受到的浮力不同，由此可知，物体受到的浮力与排开液体的密度有关．
（3）由图be可知，在盐水中，物体所受浮力为4N-2.8N=1.2N，则排开盐水的重力也应该是1.2N，
所以图f中测力计的示数应该是1N+1.2N=2.2N；
由G=mg可知，物体的重力：m=$\frac{G}{g}$=$\frac{4N}{10N/kg}$=0.4kg，
物体完全浸没在水中受到的浮力：F_浮=ρ_水gV，
物体的体积：V=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1×10^-4m³，
物体的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.4kg}{1×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=4×10³kg/m³；
由图b、e所示实验可知，物体完全浸没在盐水中所受浮力：F_浮′=4N-2.8N=1.2N；
由浮力公式F_浮=ρ_液gV可知，盐水的密度：ρ_盐水=$\frac{{F}_{浮}′}{gV}$=$\frac{1.2N}{10N/kg×1×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=1.2×10³kg/m³．
（4）根据题意，由p=ρgh得，d与f排出液体的体积相同，所以液体的深度相同，
则p₁：p₂=$\frac{{ρ}_{水}gh}{{ρ}_{盐水}gh}$=$\frac{{ρ}_{水}}{{ρ}_{盐水}}$=$\frac{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}{1.2×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}$=5：6．
故答案为：（1）abcd；（2）浮力的大小与排开液体的密度有关；（3）2.2N；4×10³kg/m³；1.2×10³kg/m³；（4）5：6．

点评 熟练掌握阿基米德原理实验的相关步骤，搞清各个量之间的关系，再熟练运用浮力公式、液体压强公式等进行相关计算，是解答本题的关键，有一定难度．