Question

4．小明在天峡风景区玩水漂时，发现木质水漂总能浮在水面上，而石块水漂最终都会沉入水底．由此他提出一个猜想：浮力大小与物质自身密度可能有关？为自己的猜想，小明可谓是费尽了脑筋，设计如下（图一）所示实验．
（1）如如何控制变量呢？进行实验时必须使得液体密度和排开液体的体积相同，为解决这一问题，他用两体积相同的铁块和铝块代替石块和木块进行实验．
（2）如何测浮力呢？仅用弹簧测力计可根据公式F_浮=G-F_拉来实现．
（3）如何得出结论呢？当两金属块在水中处于浸没状态时，比较浮力即可．若两浮力相等，则浮力大小与物质自身密度无关；若两浮力不相等，则浮力大小与物质自身密度有关．
（4）小明同学是个爱动脑筋的孩子，他发现按图一的方法弹簧测力计要使用两次才能测出浮力，能否使用一次就能测出浮力呢？小明同学最终解决了这个问题，设计出了图二的方案．在铁架台A处挂金属块，B处悬挂弹簧测力计，C为薄塑料袋（质量不计），D是用大号饮料瓶、带孔橡皮塞以及弯曲玻璃管自制的溢水杯，M是小凳子．实验前，D处装满水，使金属块轻放入D中，当其浸没时，B处弹簧测力计示数即为金属块的浮力．小明该设计的物理原理为：阿基米德原理．

Answer 1

分析 （1）根据控制变量法分析；
（2）对浸入液体中的物体受力分析，从而求出浮力；
（3）根据测力计的两次示数之差比较浮力的大小，从而判定浮力大小与物体物体密度的关系；
（4）根据阿基米德原理分析．

解答 解：
（1）探究浮力大小与物质自身密度是否有关，应选用体积相同的两个物体在密度相同的液体中做实验，即控制液体密度和排开液体的体积相同；
（2）浸入液体中的物体受到竖直向下的重力、竖直向上的测力计拉力、浮力的共同作用，故浮力=重力-拉力；物体在空气中时测力计的示数为G，物体浸入液体中时，测力计的示数为F_拉，则F_浮=G-F_拉；
（3）物体浸没在液体中时，排开液体的体积等于物体的体积；这样操作控制了物体排开液体的体积相同、液体的密度相同，根据浮力大小判定浮力与物体密度的关系；
（4）图二的方案中，测力计测量的是物体排开液体重力，由阿基米德原理可知，浸入液体中的物体受到的浮力等于其排开的液体的重力，故B处弹簧测力计示数即为金属块的浮力．
故答案为：
（1）液体密度；排开液体的体积；（2）F_浮=G-F_拉；（3）浸没；（4）阿基米德原理．

点评 解决此实验的关键是要明确实验的目的，围绕目的去设计步骤、选择器材，对称重法的熟练运用可以帮助我们顺利测出不同情况下的浮力，再按要求进行比较即可得出浮力的大小与物体的密度是没有关系的．当然，实验中还要特别注意控制变量法的运用，这样才能保证得出的结论是正确的．