Question

水平實驗桌上提供了如下的器材：平底試管1只（已知底面積為S），紙杯中裝有適量的細沙，玻璃杯中裝有適量的水，一架托盤天平，一根刻度尺，紙巾，藥匙．請利用提供的器材設計實驗，證明：在液體密度一定時，物體所受的浮力與排開液體的體積成正比．

Answer 1

【答案】分析：器材中缺少彈簧測力計，因此實驗的關鍵是如何用天平測出試管所受的浮力．用天平測出試管和沙子的質(zhì)量，利用漂浮時F_浮=G=mg計算漂浮時所受浮力．已知試管的底面積，用刻度尺測出試管的長和露出的長度，可求出排開液體的體積．
解答：答：（1）用刻度尺測出平底試管的高度為h；
（2）用藥匙向平底試管裝入適量的細沙，用調(diào)好的天平稱出試管與細沙的總質(zhì)量m并記在表格中．
（3）將試管放在玻璃杯內(nèi)并直立的在水中漂浮，靜止時，用刻度尺測出試管露出水面外的長度L并記在表格中．
（4）從水中取出試管，用紙巾擦去試管側(cè)壁上的水，在試管內(nèi)適量增加細沙，用調(diào)好的天平稱出試管與細沙總質(zhì)量m并記在表格中．
（5）仿照步驟（3）和（4）再做四次實驗，并用調(diào)好的天平稱出試管與細沙總質(zhì)量m；用刻度尺測出試管露出水面外的長度L并記在表格中．
（6）在實驗過程中，將以上數(shù)據(jù)隨時記錄在表格中．
（7）用V_排=S（h-L）計算試管漂浮時排開水的體積；用G=mg計算試管與細沙受的重力．將V_排、F_浮=G，記在表格中．

h/m
L/m
V排/m3
m/kg
F浮/N

點評：本題是一道探究設計題，考查了天平測浮力的方法，以及研究試管在水中漂浮時所受浮力與排開液體體積的關系，解題時需要注意以下四點：
（1）明確自變量、因變量和控制變量；（2）排水法測體積；（3）利用天平測量物體的浮力；（4）語言的嚴謹性．
此題需要從多層面、多方位探索與題目有關的知識而獲得解決的試題．這類試題是以考查學生應用物理知識綜合分析和解決問題的能力為基點，從較高的尺度上對學生的理解能力、概括能力、實驗能力、分析能力等進行考查，以提高學生的綜合探索創(chuàng)新能力．