Question

16．同學(xué)們用空塑料瓶和細(xì)沙等實(shí)驗(yàn)器材探究影響浮力大小因素，（g取10N/kg，ρ_水=1×10³kg/m³）

（1）為了測(cè)出塑料瓶的體積，進(jìn)行如下操作，
①把天平放在水平桌面上，調(diào)節(jié)天平平衡，在左盤(pán)中放入盛有適量水的燒杯，通過(guò)增減砝碼和移動(dòng)游碼使天平再次平衡，所加砝碼和游碼的位置如圖甲所示，燒杯和水的總質(zhì)量為133g．
②在空塑料瓶中裝入適量細(xì)沙，擰緊瓶蓋，在瓶頸系一細(xì)繩，手拿細(xì)繩將塑料瓶完全浸沒(méi)于燒杯的水中（瓶沒(méi)有接觸燒杯，水未溢出），通過(guò)增減砝碼和移動(dòng)游碼使天平再次獲得平衡，所用砝碼總質(zhì)量和游碼所示質(zhì)量之和為167g，塑料瓶的體積是34cm³．
（2）同學(xué)們根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)提出了如下三種猜想，并舉出了相應(yīng)的實(shí)例
猜想一，浮力的大小與物體的密度有關(guān)，實(shí)例：鐵塊可以在水中下沉，木頭可以浮在水面上
猜想二，浮力的大小與液體的密度有關(guān)，實(shí)例：雞蛋可以在水中下沉，在鹽水中可以浮起來(lái)
猜想三，浮力的大小與浸入液體的深度有關(guān)，實(shí)例：在游泳池里，人越往下蹲感覺(jué)到水向上托自己的力越大
為了驗(yàn)證以上猜想是否正確，同學(xué)們選擇了裝入細(xì)沙的塑料瓶和其他實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖乙所示．
①根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟d和e（填序號(hào)），可以確定猜想二是正確的；
②根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟c和d可以驗(yàn)證猜想三是錯(cuò)誤（選填“正確”或“錯(cuò)誤”）；對(duì)該猜想對(duì)應(yīng)的實(shí)例，合理的解釋是在游泳池里，人越往下蹲排開(kāi)水的體積越大，人受到的浮力越大，說(shuō)明浮力的大小與物體排開(kāi)液體的體積有關(guān)．
③要驗(yàn)證猜想一是否正確，可以在塑料瓶中添加一些細(xì)砂后再進(jìn)行探究．
④同學(xué)們討論認(rèn)為，猜想一和猜想二中的實(shí)例反應(yīng)了物體的浮與沉可能與密度有關(guān)，要選用一個(gè)能漂浮在圖e中鹽水上的物體時(shí)，物體的密度應(yīng)小于1.1g/cm³（計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）①質(zhì)量等于砝碼的質(zhì)量加游碼對(duì)應(yīng)的刻度值；
②根據(jù)①②可求得塑料瓶排開(kāi)水的質(zhì)量，然后可求得塑料瓶排開(kāi)水的體積，由于塑料瓶浸沒(méi)，所以V_排=V_塑料瓶；
（2）①?gòu)椈蓽y(cè)力計(jì)示數(shù)的減小等于物體在液體中受到的浮力；重力與浮力比較大小可判斷出是否下沉；二圖比較可得浮力與液體密度的關(guān)系；
②比較acd得出兩次浮力的大小關(guān)系，研究浮力大小與浸入液體的深度有無(wú)關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制其它的因素相同，只改變浸入液體的深度；根據(jù)猜想3舉出一個(gè)物體浸入液體的深度不同的生活中的實(shí)例即可；
③在塑料瓶中添加一些細(xì)砂可以改變塑料瓶整體的密度；
④根據(jù)阿基米德原理可以求出雁水電密度．

解答 解：（1）①燒杯和水的總質(zhì)量為：m=100g+20g+10g+3g=133g，
②由①②步驟可知，塑料瓶排開(kāi)水的質(zhì)量m_排水=167g-133g=34g，
由ρ=可得，V_排水=$\frac{{m}_{排水}}{{ρ}_{水}}$=，
因?yàn)殍F塊浸沒(méi)，所以V_鐵=V_排水=$\frac{34g}{1g/c{m}^{3}}$=34cm³，
由C、D可知，鐵塊排開(kāi)液體的質(zhì)量m_排液=m₃-m₄，
因?yàn)殍F塊浸沒(méi)，所以V_鐵=V_排水=V_排液，
（2）①物體浸沒(méi)水中受到的浮力F_浮=0.4N-0.06N=0.34N；物體浸沒(méi)在鹽水中受到的浮力F_浮=0.4N-0.02N=0.38N；因?yàn)�，浮力不相等，而物體所處的深度和浸沒(méi)的體積相同，則是液體的種類(lèi)（密度）不同的引起的，說(shuō)明浮力的大小與液體的密度有關(guān)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)d、e可以確定猜想二是正確的；
②物體在c、d中（排開(kāi)液體的密度相同，都是水）中受到的浮力相同，而排開(kāi)液體的體積都等于物體的體積，但物體所處的深度不同，故得出：物體浸在同種液體中，所受浮力大小與浸入液體的深度無(wú)關(guān)．根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟c和d可以驗(yàn)證猜想三是錯(cuò)誤的；
對(duì)該猜想對(duì)應(yīng)的實(shí)例，合理的解釋是：在游泳池里，人越往下蹲排開(kāi)水的體積越大，人受到的浮力越大，說(shuō)明浮力的大小與物體排開(kāi)液體的體積有關(guān)；
③要驗(yàn)證猜想一是否正確，即浮力的大小與物體的密度有關(guān)，根據(jù)控制變量法要改變物體的密度，在物體體積不變時(shí)，在塑料瓶中添加一些細(xì)砂可以改變塑料瓶整體的密度；
④由a、c兩圖知，物體浸沒(méi)在水中所受浮力：F_浮=G-F′=0.4N-0.06N=0.34N；
物體浸沒(méi)在鹽水中受到的浮力F_浮′=0.4N-0.02N=0.38N；
由阿基米德原理可得：F_浮=ρ_水gV_排=0.34N------（Ⅰ），F(xiàn)_浮′=ρ_鹽水gV_排=0.38N-------（Ⅱ）
浸沒(méi)時(shí)V_排相等，由（Ⅰ）（Ⅱ）可得鹽水的密度：
ρ_鹽水=$\frac{{F}_{浮}′{ρ}_{水}}{{F}_{浮}}$=$\frac{0.38N×1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}{0.34N}$=1.1×10³kg/m³=1.1g/cm³．
物體的浮與沉與密度有關(guān)，要選用一個(gè)能漂浮在圖e中鹽水上的物體時(shí)，物體的密度應(yīng)小于1.1g/cm³．
故答案為：（1）①133；②34；
（2）①e；②錯(cuò)誤；在游泳池里，人越往下蹲排開(kāi)水的體積越大，人受到的浮力越大，說(shuō)明浮力的大小與物體排開(kāi)液體的體積有關(guān)；③添加一些細(xì)砂；④1.1．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查用空塑料瓶和細(xì)沙等實(shí)驗(yàn)器材探究影響浮力大小因素的實(shí)驗(yàn)，阿基米德原理以及控制變量法的使用，是一道綜合題．