Question

小王為了探究物體在水中不同深度所受浮力變化情況，如圖所示，將一掛在彈簧測力計下的圓柱體金屬塊緩慢浸入水中（水足夠深），在圓柱體接觸容器底之前，分別記下圓柱體下表面所處的不同深度h和彈簧測力計相應的示數(shù)F，實驗數(shù)據(jù)如下表：

次數(shù)	1	2	3	4	5	6	7
h（cm）	0	2	4	6	8	10	12
F（N）	6.75	6.25	5.75	5.25	4.75	4.25	4.25

（1）分析表中實驗數(shù)據(jù)，第7次實驗時，物體受到的浮力

2.5

N；物體的密度是

2.7×10³

kg/m³．如果將圓柱體從彈簧測力計上取下，使其沉入容器底部，則靜止時圓柱體對容器底的壓力為

4.25

N．
（2）分析表中第1列到第5列數(shù)據(jù)，說明

浸在液體中的物體受到的浮力跟排開液體的體積有關，排開的液體體積越大，物體受到的浮力越大

；
（3）分析表中第6列到第7列數(shù)據(jù)，說明

浸沒在液體中的物體受到的浮力和深度無關

；
（4）圖中能正確反映彈簧測力計示數(shù)F和圓柱體下表面到水面距離h關系的圖象是：

B

（5）如果小王還想探究：物體所受浮力大小是否與物體的形狀有關？老師提供的器材有：彈簧測力計，三個形狀不同的小石塊，橡皮泥，燒杯、細線和水．請你幫助小王從中選擇器材，設計實驗方案繼續(xù)進行實驗的探究，簡要寫出實驗所需的器材和實驗做法．
器材：

彈簧測力計、橡皮泥、燒杯、細線和水

；實驗：

①用細線將橡皮泥吊在彈簧測力計上，測出橡皮泥重G；
②將橡皮泥浸沒水中，記下測力計的示數(shù)F₁；
③改變橡皮泥形狀，將橡皮泥浸沒水中，記下測力計的示數(shù)F₂；
④再改變橡皮泥形狀，將橡皮泥浸沒水中，記下測力計的示數(shù)F₃；
⑤分析實驗數(shù)據(jù)，得出結論．

．

Answer 1

分析：（1）浸沒深度為0時，彈簧測力計的示數(shù)就是物體的重力，物體受到的浮力可用稱重法的表達式F_浮=G-F_拉求出；求出物體完全浸沒在水中時受到的浮力，由浮力公式的變形公式求出物體的體積，然后由密度公式求出物體的密度；物體放入水中時，重力與浮力之差是容器對物體的支持力，然后求出圓柱體對容器底的壓力．
（2）分析表中第1列到第5列數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析答題．
（3）分析表中第6、7列的實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出實驗結論．
（4）明確橫縱軸表示的內(nèi)容，再分析F隨h的變化趨勢，與表格中的實驗結果相對照．
（5）探究浮力大小與物體形狀的關系，應控制物體的體積不變而形狀不同，據(jù)此設計實驗．

解答：解：（1）由表中實驗數(shù)據(jù)可知，h為0時，彈簧測力計示數(shù)為6.75N，則物體的重力G=6.75N，第7次實驗時，物體受到的浮力F_浮=G-F_7拉=6.75N-4.25N=2.5N；由表中實驗數(shù)據(jù)可知，物體完全浸沒在水中時受到的浮力為2.5N，∵F_浮=ρ_水gV_排，∴物體的體積V=V_排=

F浮

ρ水g

，∵G=mg，∴物體質(zhì)量m=

G

g

，物體的密度ρ_物體=

m

V

=

G g

F浮 ρ水g

=

Gρ水

F浮

=

6.75N×1×103kg/m3

2.5N

=2.7×10³kg/m³；圓柱體沉入容器底部，靜止時容器底對圓柱體的支持力F=G-F_浮=6.75N-2.5N=4.25N．
（2）由表中1-5列實驗數(shù)據(jù)可知，隨圓柱體浸入水中的深度增加，物體排開水的體積增大，彈簧測力計示數(shù)減小，物體受到的浮力增大，由此可得：浸在液體中的物體受到的浮力跟排開液體的體積有關，排開的液體體積越大，物體受到的浮力越大．
（3）由表中第6、7列實驗數(shù)據(jù)可知，物體完全浸沒在水中，隨h增大，F(xiàn)不再改變，說物體受到的浮力不變，這說明物體受到的浮力不變，由此此可得：浸沒在液體中的物體受到的浮力和深度無關．
（4）由表中實驗數(shù)據(jù)可知，圓柱體完全浸沒在液體中前，拉力F隨h增大而減小，圓柱體完全浸沒在液體中后，拉力F不隨h的增加而變化，由圖示可知，B正確．
（5）需要的實驗器材：彈簧測力計、橡皮泥、燒杯、細線和水；
實驗步驟：①用細線將橡皮泥吊在彈簧測力計上，測出橡皮泥重G；
②將橡皮泥浸沒水中，記下測力計的示數(shù)F₁；
③改變橡皮泥形狀，將橡皮泥浸沒水中，記下測力計的示數(shù)F₂；
④再改變橡皮泥形狀，將橡皮泥浸沒水中，記下測力計的示數(shù)F₃；
⑤分析實驗數(shù)據(jù)，得出結論．
故答案為：（1）2.5；2.7×10³；4.25；（2）浸在液體中的物體受到的浮力跟排開液體的體積有關，排開的液體體積越大，物體受到的浮力越大；（3）浸沒在液體中的物體受到的浮力和深度無關；（4）B；（5）彈簧測力計、橡皮泥、燒杯、細線和水；實驗步驟：①用細線將橡皮泥吊在彈簧測力計上，測出橡皮泥重G；②將橡皮泥浸沒水中，記下測力計的示數(shù)F₁；③改變橡皮泥形狀，將橡皮泥浸沒水中，記下測力計的示數(shù)F₂；④再改變橡皮泥形狀，將橡皮泥浸沒水中，記下測力計的示數(shù)F₃．

點評：通過此題我們要學會熟練運用稱重法的表達式求出浮力，對表格數(shù)據(jù)的分析是本題的重點，控制變量法依然是此類實驗必須要用到的，此題的易錯點在于分析圖象時要注意：彈簧測力計的示數(shù)F隨h的變化和浮力F_浮隨h的變化是不同的．