Question

18．小东午休时，梦到如图甲大鱼和小鱼之间争论的情景，他支持了大鱼的说法，因为两条鱼浸没在同种液体中，它们所受浮力的大小与排开液体体积有关．

为了验证以上观点的正确性，小东进行了以下有关浮力的小实验：
（1）在薄塑料袋中装满水并扎紧．用弹簧测力计将它提起后静止．由图乙（1）可知水袋所受重力的大小4.6N；将水袋慢慢浸入水的过程中（不碰容器壁），弹簧测力计的示数会渐渐变小，说明水袋受的浮力渐渐变变大；当水袋全部浸没水中时（不碰容器底），弹簧测力计的示数如图乙（2）为0N，此时水袋所受浮力的大小为4.6N．则实验说明以上观点正确（正确、不正确）
（2）结合实验进行推理，说明阿基米德原理的正确性：实验表明：弹簧测力计的示数减小了4.6N，说明袋中的水受到的浮力大小为4.6N；当水袋完全浸入水中时，它排开的水的体积与袋中水的体积相等，所以它排开的水的重力也是4.6N．所以说“浸在水中的物体受到的浮力的大小等于物体排开的水受到的重力”，即阿基米德原理是正确的．
（3）该实验能否全面说明阿基米德原理？为什么？不能；因为阿基米德原理对气体也适用，而此实验不足以说明“浸在气体中的物体受到的浮力等于它排开气体的重力”．
（4）若该实验中，水袋不是浸入水而是浸入煤油，那么当水袋完全浸没于煤油中时，水袋受到的浮力为3.69N．（ρ_煤油=0.8×10³kg/m³）

Answer 1

分析 影响浮力的因素是液体密度和排开液体的体积．根据公式可判断．
（1）弹簧测力计的读数：确定每一个大格和每一个小格代表的示数．
（2）浸在水中的物体受到重力、弹簧测力计对物体的拉力、浮力，重力=拉力+浮力，物体的重力不变，浸入物体的体积增大，浮力增大，弹簧测力计对物体的拉力减小．
（3）阿基米德原理不但适用于液体，也适用于气体．
（4）根据G=mg求出水袋的质量，然后求出水袋的体积，当水袋完全浸没时排开煤油的体积和本身的体积相等，根据阿基米德原理求出石块全部浸入煤油中受到的浮力．

解答 解：
根据F_浮=ρ_水gV_排可知，大鱼排开水的体积大，所以所受浮力大；两条鱼浸没在同种液体中，它们所受到的浮力的大小与排开液体的体积有关．
（1）弹簧测力计每一个大格代表1N，每一个小格代表0.1N，示数是4.6N，即物体的重力是4.6N．水袋慢慢浸入水的过程中，水袋排开水的体积增大，水的密度不变，水对物体的浮力增大，重力=拉力+浮力，物体的重力不变，浮力增大，弹簧测力计对物体的拉力减小．
当物体全部浸没在水中，弹簧测力计的示数是0N，根据重力=拉力+浮力，塑料袋中水重不变，拉力为0N，浮力为4.6N；通过分析可知小东的观点是正确的．
（2）装满水的薄塑料袋完全浸没在水中，受到的浮力是4.6N；装满水的塑料袋，完全浸没在水中，排开水的体积和塑料袋中水的体积相同，重力相同，也是4.6N，浮力和排开的水重相同，阿基米德原理得到验证．
（3）阿基米德原理不但适合于液体，同样适用于气体，此实验不能证明浸在气体中的物体受到的浮力等于它排开气体的重力
（4）根据G=mg可得，
水袋的质量：m=$\frac{G}{g}$=$\frac{4.6kg}{10N/kg}$=0.46kg，
根据ρ=$\frac{m}{V}$可得，水袋的体积V=$\frac{m}{{ρ}_{水}}$=$\frac{0.46kg}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}$=4.6×10^-4m³，
水袋全部浸入煤油中受到的浮力F_浮=ρ_煤油gV=0.8×10³kg/m³×10N/kg×4.6×10^-4m³=3.68N．
故答案为：排开液体体积；（1）4.6；小；大；0；4.6；正确；
（2）实验表明：弹簧测力计的示数减小了4.6N，说明袋中的水受到的浮力大小为4.6N；当水袋完全浸入水中时，它排开的水的体积与袋中水的体积相等，所以它排开的水的重力也是4.6N．所以说“浸在水中的物体受到的浮力的大小等于物体排开的水受到的重力”，即阿基米德原理是正确的．
（3）不能；因为阿基米德原理对气体也适用，而此实验不足以说明“浸在气体中的物体受到的浮力等于它排开气体的重力．”
（4）3.68．

点评 本题考查知识点比较多，掌握阿基米德原理的验证、适用范围；弹簧测力计的正确读数；重力公式、密度公式、浮力公式的应用，知道物体浸没时排开液体的体积和本身的体积相等是关键．