Question

【題目】小明用如圖1所示的裝置探究“影響浮力大小的因素”（已知ρ水=1.0×103kg/m3，取g=10N/kg）

（1）小明利用圖1甲所示的實驗裝置，將圓柱體合金塊慢慢浸入水中時，根據測得的實驗數據，作出了彈簧測力計示數F示與合金塊下表面所處深度h的關系圖象（如圖2①所示）。實驗過程中合金塊所受浮力的變化情況是________________________；請在圖2中畫出F浮隨h變化的關系圖象。

（__________）

分析圖象可知，浸沒在水中的物體所受浮力的大小跟它排開水的體積成____________。

（2）將合金塊分別浸沒在水和某液體中（如圖1乙、丙所示），比較圖1甲、乙、丙可知： ___________；

（3）合金塊的密度為ρ合金____________g/cm3；

（4）若用此合金塊制成一個空心合金球，當合金球恰好能懸浮于圖1丙所示液體中時，空心部分的體積是____________cm3。

Answer 1

【答案】先變大后不變 正比 浸沒在液體中的合金塊所受浮力大小與液體的密度有關 4 400

【解析】

（1）由彈簧測力計的示數F示與合金塊下表面所處深度h的關系圖象可以知道：彈簧測力計的示數隨著深度的增加是先變小后不變，而測力計的示數等于合金塊的重力減去合金塊浸在液體中受到的浮力。所以此實驗過程中浮力先變大后不變。由圖象可知，合金塊完全浸沒在水中時所受的浮力：F浮=G-F′=4N-3N=1N；則F浮隨h的變化的關系圖象，如下圖所示：

由圖象可知，當h≤6cm時，浸在水中的物體所受浮力的大小與浸入水中的深度成正比，而排開水的體積與浸入水中的深度成正比，所以浸在水中的物體所受浮力的大小跟它排開水的體積成正比；

（2）分析比較甲、乙、丙可知，合金塊排開液體的體積相同，液體的密度不同，彈簧測力計的示數不同，即受到的浮力不同，說明浮力大小跟液體的密度有關；

（3）由圖甲可知，合金塊的重力G=4N，合金塊的質量：m合金==0.4kg，

由圖乙可知，合金塊浸沒在水中時彈簧測力計的示數F′＝3N，

則合金塊完全浸沒在水中時所受的浮力：F浮=G-F′=4N-3N=1N；

物體浸沒時排開液體的體積和自身的體積相等，合金塊的體積：V合金=V排==1×10-4m3，

則合金塊的密度：ρ合金==4×103kg/m3=4g/cm3。

（4）①由圖丁可知，金屬塊浸沒在某液體中時彈簧測力計的示數F″=3.2N，

則合金塊完全浸沒在某液體中時所受的浮力：F浮′=G-F″=4N-3.2N=0.8N，

因物體浸沒時排開液體的體積和自身的體積相等，所以，由F浮=ρgV排可得：，則：ρ液=ρ水=×1.0×103kg/m3＝0.8×103kg/m3。

②合金球懸浮在某液體中時所受的浮力：F浮″=G=4N，

合金球的體積：V球=V排′==5×10-4m3，

合金球實心部分的體積：V實= V合金=1×10-4m3，

則空心部分的體積：V空=V球-V實=5×10-4m3﹣1×10-4m3=4×10-4m3＝400cm3。