Question

20．小宇和同学们使用如图甲所示的实验装置“探究浮力的大小与哪些因素有关”，试验结束后，根据实验数据绘制了弹簧测力计的示数F与物体A的下表面浸入水中的深度h的关系图象（如图乙），根据图象回答下列问题：
①物体A浸没在水中之前，弹簧测力计的示数随A的下表面浸入水中深度的增加而减小，说明浮力与排开液体体积（选填“物体体积”或“排开液体体积”）有关．物体A浸没在水中后，所受的浮力为1N，且保持不变，说明浸没在水中的物体所受的浮力与它浸没在水中的深度无关．
②物体A的密度为1.2×10³kg/m³．
③物体A下表面所受液体压强P与其浸入水中深度h的关系图象应该是丙图中的D．

Answer 1

分析 ①物体A浸没在水中之前，浸入水中深度越大排开水的体积越大，弹簧测力计的示数减小，由F_浮=G-F′可知受到的浮力增大；由图乙可知h=0cm和h=5cm时弹簧测力计的示数，利用称重法求出物体A浸没在水中后所受的浮力；浸没在水中的物体深度增加，弹簧测力计的示数不变，受到的浮力不变；
②根据阿基米德原理表示出物体A浸没时排开水的体积即为物体A的体积，根据重力公式和密度公式求出物体A的密度；
③由p=ρgh分析物体A下表面所受液体压强p与其浸入水中深度h的关系得出答案；

解答 解：①物体A浸没在水中之前，浸入水中深度越大排开水的体积越大，弹簧测力计的示数减小，由F_浮=G-F′可知受到的浮力增大说明浮力与排开液体体积有关；
由图乙可知，h=0时弹簧测力计的示数即为物体A的重力G_A=1.2N，h=5cm时物体完全浸没弹簧测力计的示数F′=0.2N，则物体A浸没在水中后所受的浮力F_浮=G_A-F′=1.2N-0.2N=1N；
物体A浸没在水中后，受到的浮力不变，说明浸没在水中的物体所受的浮力与它浸没在水中的深度无关；
②因物体A完全浸没在水中，
所以，由F_浮=ρgV_排可得，物体A的体积：
V_A=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$，
则物体A的密度：
ρ_A=$\frac{{m}_{A}}{{V}_{A}}$=$\frac{{\frac{{G}_{A}}{g}}_{\;}}{\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}}$=$\frac{{G}_{A}}{{F}_{浮}}$ρ_水=$\frac{1.2N}{1N}$×1.0×10³kg/m³=1.2×10³kg/m³；
③由p=ρgh可知，物体A下表面所受液体压强p随其浸入水中深度h的增大而增大，且p与h成正比，选项中D符合；
故答案为：（1）排开液体的体积；1；（2）1.2×10³；（3）D．

点评 本题考查了探究浮力的大小与哪些因素有关的实验和密度的测量实验，综合了密度、压强、浮力的有关知识，综合性强，有一定的难度．