Question

小明用一个弹簧测力计、一个金属块、两个相同的烧杯（分别装有一定量的水和煤油），对浸在液体中的物体所受的浮力进行了探究．如图所示为探究过程及有关数据：
（1）分析图A、B、C、D，说明浮力大小跟

物体排开液体的体积

有关；
（2）分析图

D、E

，说明浮力大小跟液体的密度有关；
（3）金属块完全浸在煤油中所受的浮力是

2.4

N；
（4）根据图中五个实验提供的信息，小明认为可以直接或间接地得到多个物理量的数值，请你写出其中的四个物理量及其数值（格式见示例，重抄示例不给分．已知水的密度ρ_水=1.0×10³kg/m³，g取10N/kg）：
示例：金属块的重量G=10N．
①金属块的质量m=

1kg

；
②金属块完全浸没在水中时排开水的体积V_排=

3×10^-4m³

；
③煤油的密度ρ_煤油=

0.8×10³kg/m³

；
④

金属块的密度ρ_金属=3.3×10³kg/m³

．

Answer 1

分析：（1）根据控制变量法的要求分析图示实验情景，根据实验控制的变量与实验现象，得出实验结论．
（2）探究浮力与密度的关系，应控制物体排开液体的体积相同而液体种类不同，分析各图，找出符合条件的图片．
（3）由图示实验数据求出金属块的重力与金属块完全浸没在煤油中时弹簧测力计的示数，金属块重力与弹簧测力计示数之差是金属块受到的浮力．
（4）由图A得出物体的重力，由图A、D得出金属块排开水的体积，根据称重法结合图A、E得出金属块浸没在煤油中受到的浮力，利用阿基米德原理求出煤油的密度．

解答：解：（1）由图A、B、C、D所示实验可知，水的密度不变，金属块排开水的体积不同，弹簧测力计的示数不同，根据F_浮=G-F′，说明浮力大小跟物体排开液体的体积有关；
（2）探究浮力与密度的关系，应控制物体排开液体的体积相同而液体种类不同，由图D和图E可知，物体排开液体的体积相同，两烧杯中液体不同，液体密度不同，物体受到的浮力不同，因此图D、E说明浮力大小跟液体密度有关；
（3）由图A可知，物体的重力G=10N，由图E可知，物体浸没在煤油中时，弹簧测力计对物体的拉力F=7.6N，则物体受到的浮力F_浮=G-F=10N-7.6N=2.4N．
（4）①由图A可知，金属块的重力G=10N，∵G=mg，∴金属块的质量m=

G

g

=

10N

10N/kg

=1kg；
②由图A与D可知，金属块完全浸没在水中时，排开水的体积V_排=800ml-500ml=300ml=3×10^-4m³；
③金属块浸没在煤油中弹簧测力计的示数F′=7.6N，
金属块在煤油中受到的浮力F_浮=G-F′=10N-7.6N=2.4N，
∵物体完全浸没时排开液体的体积和本身的体积相等，F_浮=ρ_煤油gV_排，
∴煤油的密度：ρ_煤油=

F浮

gV排

=

F排

gV

=

2.4N

10N/kg×3×10-4m3

=0.8×10³kg/m³．
④金属块的密度ρ_金属块=

m

V

=

1kg

3×10-4m3

≈3.3×10³kg/m³；
故答案为：（1）物体排开液体的体积；（2）D、E；（3）2.4；
（4）①1kg； ②300mL；③0.8×10³kg/m³；④金属块的密度ρ_金属=3.3×10³kg/m³．

点评：本题考查了探究浮力大小的实验，涉及到影响浮力大小的因素、称重法求浮力、密度的计算等，要注意控制变量法的应用，分析问题时找准什么量在变，什么量不变．