Question

（2013?东城区一模）如图甲所示为内充氦气的叮当猫造型的氦气球，小兰知道气球里的气体会慢慢跑出，所以想研究氦气球中氦气体积的减少量△V随时间△t变化的情况，她利用如图乙所示的有刻度的杠杆、一个质量m=50g的钩码、细线和手表，设计实验完成了探究．请你写出实验步骤，并设计实验数据记录表．（提示：氦气体积的减少量与气球体积的减少量相等；空气的密度ρ_空=1.29kg/m³；氦气的密度约是空气密度的七分之一，可不考虑其重力）

Answer 1

分析：氦气体积减少的量无法直接测出，但氦气体积的减少量与气球体积的减少量相等可以利用阿基米德原理求出气球所受浮力的变化，气球所受浮力的变化可以利用杠杆的平衡条件进行确定，然后密度公式和重力公式确定氦气球中氦气体积的减少量△V随时间△t变化的情况，据此进行解答和设计实验表格．

解答：解：实验步骤：
①将杠杆调节至在水平位置平衡，用细线将氦气球系在杠杆上距支点为l₀的某条刻线处；
②将钩码用细线套在杠杆上，与气球同侧，调节绳套的位置，直至杠杆再次在水平位置平衡，读出绳套距离支点的距离l₁，并将l₀、l₁和当时的时间t₁记录在表格中；
③在t₂时刻观察杠杆，如仍平衡，适当延长时间间隔；如不平衡，调节绳套的位置直至再次平衡，记录绳套距离支点的距离l₂和当时的时间t₂记录在表格中；
④仿照步骤③，再做5次实验，把数据t₃-t₇，l₃-l₇记录在表格中；
⑤根据△t=t₂-t₁，△F_浮1=

mg(l1-l2)

l0

，根据ρ=

m

V

和G=mg可得△V₁=

m(l1-l2)

l0ρ空

，计算并记录在表格中，按相同方法分别计算出△V₂-△V₆记录在表格中．
记录表格：
l₀=（　　）m，l₁=（　　）m，t₁=（　　）s

t/h
△t/h
l/m
△V/m3

点评：利用杠杆平衡条件得出氦气体积的减少量△V是解决问题的关键环节，只有利用平衡条件得出浮力的变化，才能最终得出氦气体积的减少量△V随时间△t变化；本题中需要记录的数据较多，需要我们搞清各数据间的关系，并最终确定表格需要记录的数据．