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①③④
错误
排开液体的体积
$1.2×10^{3}$
不变

$p$
不对
$\frac{m}{S\rho_{液}}$
【分析】
本题是探究影响浮力大小因素的实验题,需结合控制变量法和阿基米德原理逐个分析问题:
1. 第(1)问:探究浮力与浸没深度的关系,根据控制变量法,要控制液体密度、物体排开液体的体积相同,只改变浸没深度,因此需选择物体浸没在同种液体、深度不同的实验,同时结合测物体重力的实验。
2. 第(2)问:探究浮力与液体密度的关系,需控制排开液体体积和浸没深度相同,改变液体密度,分析所选实验是否满足控制变量的要求。
3. 第(3)问:分析①②⑥三次实验的变量,液体密度相同,物体排开液体的体积不同,据此判断探究的对象。
4. 第(4)问:先利用称重法算出物体在水中的浮力,结合阿基米德原理求出物体体积(浸没时排开液体体积等于物体体积),再算出盐水中的浮力,最后用阿基米德原理求出盐水密度。
【解析】
(1) 探究浮力与浸没深度的关系时,需控制液体密度、排开液体体积相同,改变深度。①测物体重力,③④中物体均浸没在水中,深度不同但测力计示数相同,说明浮力与深度无关,故选择$\boldsymbol{①③④}$。
(2) 探究浮力与液体密度的关系,需控制排开液体体积和浸没深度相同。①⑤⑥⑦中,⑥中物体未完全浸没,排开液体体积与⑤⑦不同,未满足控制变量要求,因此操作$\boldsymbol{错误}$。
(3) ①②⑥三次实验中,液体均为水(密度相同),物体排开液体的体积不同,测力计示数不同、浮力不同,因此是探究浮力大小与$\boldsymbol{排开液体的体积}$的关系。
(4) 由①③得,物体在水中浸没时的浮力:$F_{浮水}=G-F_{3}=10N-7N=3N$,
根据阿基米德原理$F_{浮}=ρ_{液}gV_{排}$,物体体积$V=V_{排}=\frac{F_{浮水}}{ρ_{水}g}=\frac{3N}{1.0×10^{3}kg/m^{3}×10N/kg}=3×10^{-4}m^{3}$;
由①⑦得,物体在盐水中的浮力:$F_{浮盐}=G-F_{6}=10N-6.4N=3.6N$,
再根据阿基米德原理,盐水密度:$ρ_{盐水}=\frac{F_{浮盐}}{gV_{排}}=\frac{3.6N}{10N/kg×3×10^{-4}m^{3}}=1.2×10^{3}kg/m^{3}$。
【答案】
(1) $\boldsymbol{①③④}$
(2) $\boldsymbol{错误}$
(3) $\boldsymbol{排开液体的体积}$
(4) $\boldsymbol{1.2×10^{3}}$
【知识点】
控制变量法、阿基米德原理、称重法测浮力
【点评】
本题围绕影响浮力的核心因素展开,重点考查控制变量法的实验应用,以及阿基米德原理与称重法的综合计算,需准确把握控制变量的要求,熟练运用公式推导计算。
【难度系数】
0.6
【分析】
1. 对于(1):密度计在液体中始终漂浮,根据漂浮条件,浮力等于自身重力,同一密度计重力不变,故浮力不变;再结合阿基米德原理,浮力相同时,液体密度越大,排开液体体积越小,浸入深度越浅,据此判断装水的容器。
2. 对于(2)①:植物油密度小于水的密度,根据阿基米德原理,密度计在植物油中排开液体体积更大,浸入深度更深,因此对应刻度在水的刻度上方。
3. 对于(2)②:先利用漂浮条件和阿基米德原理推导$h$与$\rho_{液}$的关系式,根据二者的反比关系判断均匀刻度是否正确。
【解析】
(1) 同一密度计在水和酒精中均漂浮,由漂浮条件$F_{浮}=G$可知,密度计重力不变,所以受到的浮力不变;
根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,浮力相同时,液体密度越大,排开液体体积越小。水的密度大于酒精,因此密度计在水中浸入深度更浅,对应图乙,故装水的容器是乙。
(2) ① 植物油密度$0.9g/cm^3$小于水的$1.0g/cm^3$,由$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$可知,密度计在植物油中排开液体体积更大,浸入深度更深,所以$0.9g/cm^3$的刻度应在$1.0g/cm^3$刻度的上方,即$p$点。
② 均匀标示刻度不对,推导过程:
密度计漂浮,根据漂浮条件:$F_{浮}=G=mg$,
由阿基米德原理:$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}=\rho_{液}gSh$,
联立得:$\rho_{液}gSh=mg$,
化简可得:$h=\frac{m}{S\rho_{液}}$。
由关系式可知$h$与$\rho_{液}$成反比,不是线性关系,因此不能均匀标示刻度。
【答案】
(1) 不变;乙
(2) ① $p$;② 不对;$\boldsymbol{\frac{m}{S\rho_{液}}}$
【知识点】
漂浮条件应用;阿基米德原理;密度计原理
【点评】
本题综合考查漂浮条件与阿基米德原理的应用,核心是理解密度计的工作机制,明确液体密度与浸入深度的反比关系,需熟练推导物理量间的函数关系。
【难度系数】
0.6