【分析】
1. 测蜡块重力的方案选择:先估算蜡块重力,蜡块质量约9g,计算得重力为0.09N,而弹簧测力计分度值是0.2N,蜡块重力小于分度值,弹簧测力计无法精确测量,因此应选天平测质量再算重力的方案,即小华的方案。
2. 测蜡块上浮的浮力:探究上浮条件需比较蜡块浸没时的浮力与重力,只有浸没时浮力大于重力,物体才会上浮。小明测的是蜡块漂浮时的排开水体积,此时排开体积不是蜡块总体积,无法得到浸没时的浮力,这是操作的问题。
3. 测石块下沉的浮力:除阿基米德原理外,还可利用称重法测浮力,即通过弹簧测力计测石块在空气中的重力和浸没水中时的拉力,浮力等于重力与拉力的差值。
【解析】
(1)① 计算蜡块重力:$G=mg=0.009kg×10N/kg=0.09N$,弹簧测力计分度值为0.2N,蜡块重力小于该分度值,无法被弹簧测力计精确测量,因此支持小华的方案,通过天平测蜡块质量,再用$G=mg$计算重力。
② 探究蜡块上浮条件时,需要比较蜡块浸没在水中时的浮力与重力大小,小明测量的是蜡块漂浮时的排开水体积,此时排开水的体积小于蜡块总体积,无法计算出蜡块浸没时受到的浮力,操作存在问题。
(2)② 根据称重法测浮力的原理,操作方法为:用弹簧测力计测出石块在空气中的重力$G$,将石块浸没在水中且不接触容器底和壁,读出此时弹簧测力计的示数$F$,则石块受到的浮力$F_{浮}=G-F$。
【答案】
(1) ① 小华;蜡块的重力太小,小于弹簧测力计的分度值,无法精确测量
② 测量的是蜡块漂浮时排开水的体积,无法得到蜡块浸没时受到的浮力
(2) ② 用弹簧测力计测出石块在空气中的重力$G$,将石块浸没在水中,读出弹簧测力计的示数$F$,石块受到的浮力为$F_{浮}=G-F$
【知识点】
1. 称重法测浮力
2. 物体浮沉条件
3. 重力的测量
【点评】
本题围绕物体浮沉条件的探究,考查了重力、浮力的不同测量方法,重点考查实验方案的合理性分析,要求学生结合实验器材特点与实验原理选择合适操作,同时注重对实验细节的把控。
【难度系数】
0.6