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物体排开液体的体积
(c)(d)
4
4.4

物体排开液体的体积
液体的密度
0.2
换用密度更大的液体
换用体积更大的物体(或增大物体排开液体的体积)
D
【分析】
1. 第(1)问:观察图(a)、(b)、(c),液体均为水(密度相同),物体排开液体的体积逐渐增大,弹簧测力计示数逐渐减小,说明物体受到的浮力逐渐变大。这是控制液体密度不变,改变排开液体的体积,因此可判断浮力大小与物体排开液体的体积有关。
2. 第(2)问:探究浮力与浸没深度的关系,需控制液体密度、物体排开液体的体积相同,仅改变浸没深度。图(c)、(d)中物体均浸没在水中,排开液体体积相同,浸没深度不同,且弹簧测力计示数相同,浮力不变,符合控制变量的要求,因此选这两组装置。
3. 第(3)问:根据称重法$F_{\mathrm{浮}}=G-F_{\mathrm{拉}}$计算浮力。先从图(a)得出物体重力$G=5\,\mathrm{N}$,再结合图(d)、(e)的测力计示数分别计算水中和液体中的浮力;再根据阿基米德原理$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{液}}gV_{\mathrm{排}}$,在$V_{\mathrm{排}}$相同时,浮力越大,液体密度越大,从而判断液体与水的密度大小关系。
4. 第(4)问:综合前面的实验结论,总结出影响浮力大小的两个核心因素。
【解析】
(1) 对比图(a)、(b)、(c),液体密度相同,物体排开液体的体积不同,弹簧测力计示数不同,物体受到的浮力不同,说明浮力的大小与物体排开液体的体积有关。
(2) 探究浮力与浸没深度的关系时,需控制液体密度和排开液体体积相同,改变浸没深度。图(c)、(d)满足该控制变量条件,故选用图(c)(d)的装置操作。
(3) 由图(a)可知圆柱体重力$ G=5\,\mathrm{N} $:
圆柱体浸没在水中时,根据称重法,浮力$ F_{\mathrm{浮水}}=G-F_{\mathrm{拉}d}=5\,\mathrm{N}-1\,\mathrm{N}=4\,\mathrm{N} $;
圆柱体浸没在某液体中时,浮力$ F_{\mathrm{浮液}}=G-F_{\mathrm{拉}e}=5\,\mathrm{N}-0.6\,\mathrm{N}=4.4\,\mathrm{N} $;
根据阿基米德原理$ F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{液}}gV_{\mathrm{排}} $,当$ V_{\mathrm{排}} $相同时,浮力越大,液体密度越大,因$ F_{\mathrm{浮液}}>F_{\mathrm{浮水}} $,所以这种液体的密度比水的密度大。
(4) 综合实验结论,影响浮力大小的因素为物体排开液体的体积、液体的密度。
【答案】
(1) 物体排开液体的体积
(2) (c)(d)
(3) 4;4.4;大
(4) 物体排开液体的体积;液体的密度
【知识点】
1. 称重法测浮力
2. 阿基米德原理
3. 影响浮力的因素
【点评】
本题通过控制变量法探究浮力的影响因素,重点考查了称重法测浮力、阿基米德原理的应用,要求学生熟练掌握控制变量法的实验逻辑,明确每次实验的控制量和改变量。
【难度系数】
0.7
【分析】
首先,需确定弹簧测力计的分度值,读出物体在空气中和浸没在液体中时的示数,两者差值即为示数变化量。弹簧测力计的示数变化量等于物体受到的浮力大小,根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,要使示数变化更明显,即增大浮力,可从增大液体密度或增大物体排开液体的体积这两个角度思考改进措施。
【解析】
1. 读取弹簧测力计示数:由图可知,弹簧测力计的分度值为0.2N,物体在空气中时弹簧测力计示数$F_1=2.4N$,物体浸没在液体中时弹簧测力计示数$F_2=2.2N$。
2. 计算示数变化量:$\Delta F = F_1 - F_2 = 2.4N - 2.2N = 0.2N$。
3. 分析增大示数变化的措施:根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,浮力大小与液体密度$\rho_{液}$和物体排开液体的体积$V_{排}$有关。要使弹簧测力计示数变化更明显(即增大浮力),可采取的措施有:换用密度更大的液体;换用体积更大的物体(或增大物体排开液体的体积)。
【答案】
0.2;换用密度更大的液体;换用体积更大的物体(或增大物体排开液体的体积)
【知识点】
浮力的测量;阿基米德原理
【点评】
本题考查浮力的相关知识,明确弹簧测力计示数变化量与浮力的关系是解题关键,需结合阿基米德原理分析改进措施,对基础知识的应用能力有一定要求。
【难度系数】
0.7
【分析】
要解决这道题,我们可以分两个阶段来思考:
1. 首先思考金属块从开始接触水面到完全浸没水中的过程:此时随着金属块下表面到水面的距离h增大,金属块排开水的体积逐渐变大,根据阿基米德原理,浮力会随着排开体积的增大而增大,所以这个阶段浮力F随h的增大而线性上升。
2. 然后思考金属块完全浸没水中之后的过程:此时金属块排开水的体积不再随h的增大而变化,根据阿基米德原理,浮力大小保持不变,所以这个阶段浮力F不随h的变化而变化,图像为水平线段。
结合这两个阶段的变化,我们就能找到对应的正确图像。
【解析】
我们将金属块浸入水中的过程分为两个阶段分析:
1. 初始阶段(金属块未完全浸没):当金属块下表面到水面的距离h从0开始增大时,金属块排开水的体积$V_{排}$随h的增大而逐渐变大。根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,在水的密度$\rho_{水}$和g不变的情况下,浮力$F_{浮}$会随$V_{排}$的增大而线性增大,此阶段图像为从原点出发的上升线段。
2. 完全浸没阶段:当金属块完全浸没在水中后,无论h继续增大多少,金属块排开水的体积$V_{排}$都等于自身的体积,不再发生变化。根据阿基米德原理,此时浮力大小保持不变,此阶段图像为水平线段。
综合两个阶段的变化,符合该规律的是选项D的图像。
【答案】
D
【知识点】
阿基米德原理、浮力变化规律、图像分析
【点评】
本题将浮力变化规律与图像分析结合,需要学生明确金属块浸入水中的不同阶段排开液体体积的变化情况,再利用阿基米德原理推导浮力的变化,既考查了对物理规律的理解应用,也考查了图像分析能力。
【难度系数】
0.7