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液体
气体
竖直向上
​$ G-F$​
密度
体积
深度
相等
​$ G_{排}$​
$\rho_{液}gV_{排}$
液体对物体上下表面的压力差
【分析】
首先明确实验中篮球和气球的总重力保持不变，因为只是将篮球内的气体转移到气球中，总质量不变，重力不变。对比图(a)和图(b)，气球膨胀后总体积变大，排开空气的体积增大，杠杆左端上升，说明左端受到的向下的力减小。结合受力分析，左端受到的向下的力等于总重力减去受到的空气浮力，力减小意味着浮力增大，由此可推理出浸在气体中的物体受到浮力作用。
【解析】
1. 确定总重力不变：实验中，篮球和气球的总质量不变，根据$ G=mg $，总重力$ G_{总} $保持不变。
2. 分析图(a)的平衡状态：杠杆平衡时，左端受到的向下的力$ F_{左1}=G_{总}-F_{浮1} $，此时排开空气的体积较小，受到的空气浮力$ F_{浮1} $较小，左端力与右端钩码拉力平衡。
3. 分析图(b)的变化：气球膨胀后，篮球和气球的总体积变大，排开空气的体积$ V_{排} $增大。根据阿基米德原理（气体中），$ F_{浮}=\rho_{空气}gV_{排} $，空气密度$ \rho_{空气} $不变，所以受到的空气浮力$ F_{浮2}＞F_{浮1} $。
4. 推导左端受力变化：此时左端受到的向下的力$ F_{左2}=G_{总}-F_{浮2} $，由于$ F_{浮2} $增大，故$ F_{左2}＜F_{左1} $，而右端钩码拉力不变，因此杠杆左端上升、右端下降。
5. 得出结论：该现象说明浸在气体中的物体受到浮力的作用。
【答案】
能说明浸在气体中的物体受到浮力的作用。
【知识点】
1. 气体浮力的存在
2. 杠杆平衡条件
3. 阿基米德原理
【点评】
本题采用转换法，将不易直接观察的气体浮力转化为杠杆的倾斜现象，通过控制总重力不变，探究排开气体体积变化对浮力的影响，考查了对实验现象的分析能力和物理原理的应用能力。
【难度系数】
0.6
【分析】
我们的核心目标是验证阿基米德原理，即浸在液体中的物体所受浮力等于排开液体的重力。由于橡皮筋的伸长量与所受拉力成正比，可通过橡皮筋的长度变化反映拉力大小，进而推导浮力与排开液体重力的关系：首先通过空气中橡皮筋的长度确定小桶和石块的总重力；将石块浸没在水中后，橡皮筋长度变短，拉力的减小量等于石块受到的浮力；最后把排开的水倒入小桶，观察橡皮筋长度是否恢复，以此判断浮力与排开液体重力的关系。同时需从器材、精度、操作难度等方面，将该方案与课本方案对比优缺点。
【解析】
实验方案：
1. 步骤1：将题中装置悬挂在空气中，用刻度尺测量此时橡皮筋的长度，记为$L_1$，此时橡皮筋的拉力等于小桶与小石块的总重力$G_{总}=G_{桶}+G_{石}$。
2. 步骤2：将溢水杯盛满水，把小石块缓慢浸没在溢水杯的水中，使溢出的水全部流入空烧杯，同时测量此时橡皮筋的长度，记为$L_2$。此时小石块受浮力$F_{浮}$，橡皮筋拉力$F_{拉}=G_{总}-F_{浮}$，橡皮筋长度变短，说明拉力减小，减小的拉力大小等于浮力。
3. 步骤3：将烧杯中溢出的水全部倒入小桶，再次测量橡皮筋的长度，记为$L_3$。
4. 分析结论：若$L_3 = L_1$，说明此时橡皮筋拉力等于$G_{总}$，即$G_{总}= (G_{桶}+G_{石}) - F_{浮} + G_{排}$，整理可得$F_{浮}=G_{排}$，多次重复实验验证该关系。
与课本实验方案的对比：
本方案：
优点：器材取材简单，无需精密测量工具，利用橡皮筋形变直观反映力的变化，操作门槛低，适合定性验证；
缺点：仅能半定量或定性研究，无法精确测量力的大小，橡皮筋形变易受弹性限度、温度等因素影响，长度测量误差大，难以完成精确的定量计算。
课本弹簧测力计实验方案：
优点：可精确测量重力、拉力、排开液体的重力，能完成精准的定量验证，实验数据误差小，结论严谨；
缺点：对器材精度要求高，操作中需多次读取弹簧测力计示数，步骤相对繁琐，对读数的规范性要求高。
【答案】
实验方案：
1. 将装置悬挂在空气中，测量并记录橡皮筋的长度$L_1$；
2. 使小石块浸没在盛满水的溢水杯中，收集溢出的水至烧杯，测量此时橡皮筋的长度$L_2$；
3. 将烧杯中的水全部倒入小桶，测量橡皮筋的长度$L_3$；
4. 若$L_3=L_1$，则说明浸在液体中的物体所受浮力等于排开液体的重力，多次实验验证该结论。
方案优缺点对比：
本方案：优点是器材简单、操作直观易上手；缺点是无法精确测量力的大小，仅能半定量/定性研究，误差较大。
课本方案：优点是可精确测量各力大小，定量验证关系，数据准确；缺点是器材要求高，操作读数步骤相对繁琐。
【知识点】
阿基米德原理、弹力形变规律
【点评】
本题考查了阿基米德原理的实验创新设计与方案评估能力，核心是利用橡皮筋形变反映力的大小，替代传统弹簧测力计完成实验，同时通过对比不同方案的优劣，培养实验设计的严谨性与批判性思维，帮助理解实验设计中“精度”与“便捷性”的平衡。
【难度系数】
0.7
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