Question

11．做“探究浮力的大小跟什么因素有关”的实验时，小强组内同学利用弹簧测力计、铁块、水（已知密度为ρ_水=1.0×10³kg/m³）、牛奶、烧杯、细线等实验器材合作完成下面的实验．如图所示：

（1）分析比较实验序号①、②、③可知，弹簧测力计的示数逐渐变小（填“变大”“变小”或“不变”）．
（2）由实验序号③、④可探究，浮力的大小与液体密度有关．
（3）通过实验，他们发现利用这些器材还可以测出牛奶的密度，实验步骤如下，请你将实验步骤补充完整．
①用细线拴住铁块挂在弹簧测力计下，测出铁块的重力为G；
②将挂在弹簧测力计下的铁块浸没在水中，记录测力计示数为F₁
③将挂在弹簧测力计下的铁块从水中取出擦干，再将铁块浸没在牛奶中，记下弹簧测力计的示数F₂；
④计算牛奶密度数学表达式为ρ_牛奶=$\frac{G-{F}_{2}}{G-{F}_{1}}$•ρ_水（用字母表示）．

Answer 1

分析 （1）由称重法测浮力可知，弹簧测力计的拉力F=G-F_浮；
（2）由阿基米德原理可知，探究浮力的大小与液体密度的关系，应控制排开液体体积相同；
（3）分别测出在水和牛奶中弹簧测力计的示数后，用称重法表示出浮力的大小，由于排开液体体积相同，故再结合阿基米德原理可得到牛奶的密度．

解答 解：
（1）弹簧测力计的拉力F=G-F_浮；如图所示，③图中排开水的体积大于②图，由阿基米德原理F_浮=ρ_液gV_排可知，③图中F_浮大，故③图中弹簧测力计的示数小；
（2）由阿基米德原理F_浮=ρ_液gV_排可知，探究浮力的大小与液体密度的关系，应控制排开液体体积相同，③、④两图符合题意；
（3）②将铁块浸没在水中，用弹簧测力计测出铁块在水中的示数，记下弹簧测力计的示数F₁；
③将挂在弹簧测力计下的铁块从水中取出擦干，再将铁块浸没在牛奶中，用弹簧测力计测出铁块在牛奶中的示数，记下弹簧测力计的示数F₂；
④由称重法测浮力和阿基米德原理可知，铁块在水中的浮力F_水=G-F₁=ρ_水gV_排，故排开水的体积：
V_排=$\frac{{F}_{浮水}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{G-{F}_{1}}{{ρ}_{水}g}$；
铁块在牛奶中的浮力F_牛奶=G-F₂=ρ_牛奶gV_排，故排开牛奶的体积：
V_排=$\frac{G-{F}_{2}}{{ρ}_{牛奶}g}$；
因为铁块先后浸没在水和牛奶中，即排开水的体积和排开牛奶的体积相等，即
$\frac{G-{F}_{1}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{G-{F}_{2}}{{ρ}_{牛奶}g}$，故
ρ_牛奶=$\frac{G-{F}_{2}}{G-{F}_{1}}$•ρ_水．
故答案为：（1）变小；（2）③、④；（3）②浸没；③牛奶；④$\frac{G-{F}_{2}}{G-{F}_{1}}$•ρ_水．

点评 本题是探究影响浮力大小的因素实验，称重法表达式的运用、阿基米德原理、控制变量法的运用是本实验操作和分析的关键．