Question

实验桌上有满足实验需要的如下器材：天平（含砝码）、容器内装有适量的水的烧杯、轻细线、铁架台、底面积为S且侧面有刻度的圆柱体金属块（其上表面有可拴细线的小孔）。请你利用上述器材设计一个实验证明：物体没入水中之前，下表面受到水向上的压强与它浸在水中的深度成正比。请写出实验步骤，画出实验数据记录表。

Answer 1

实验步骤：
（1）调节天平，把装水的烧杯放到天平的左托盘上，测量烧杯和水的总质量m₁并记入数据表格；
（2）用细线系住金属块，把细线的另一端固定在铁架台的横杆上，让金属块部分体积浸入到天平左托盘上烧杯的水中（金属块不与烧杯底部接触），增加砝码或移动游码，天平平衡，记录天平的读数m₂和金属块下表面在水中的深度h到数据表格；
（3）改变金属浸在水中的深度，仿照步骤（2）操作5次。
（4）将金属块的底面积S记录到数据表格，利用计算6次金属下表面的压强p并记录到数据表格。
实验数据记录表：

m1/kg
m2/kg
h/m
S/m2
p/Pa

 

试题分析：烧杯和水的总重力等于它们对天平托盘的压力，所以F=G=mg， 如甲图所示；放入圆柱体后，托盘受到的压力增大，增大的压力等于圆柱体对水的压力，根据“物体间力的作用是相互的”可知，圆柱体对水的压力等于水对圆柱体的压力，即浮力，所以F₂=F₁+F_浮，则F_浮=F₂-F₁=m₂g-m₁g，由上面分析可得，水对圆柱体下表面的压力等于浮力，F=F_浮= m₂g-m₁g，