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15. 图12是“探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系”的实验过程。
（1）图12甲实验的最佳顺序是
A. 图12甲①中水面未到达溢水杯的溢水口
B. 图12甲②中物体未全部浸在水中
（2）实验中所用物体的体积是
（3）将图12甲②中的水换成酒精（$\rho_{\mathrm{酒精}}=0.8×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$），物体受到的浮力
（4）接着，实验小组又利用密度计测量某液体的密度，如图12乙A、B所示。将自制密度计竖直放入装有适量水的烧杯中，测得密度计浸入深度为$H$；再将密度计竖直放入装有适量待测液体的烧杯中，测得密度计浸入深度为$h$。已知水的密度为$\rho_{\mathrm{水}}$，则待测液体密度为
（1）图12甲实验的最佳顺序是
④①②③
（填序号）。通过实验可得到结论：浸没在液体中的物体，受到的浮力大小等于它排开的液体受到的重力。以下情况会影响结论的是A
（填字母）。A. 图12甲①中水面未到达溢水杯的溢水口
B. 图12甲②中物体未全部浸在水中
（2）实验中所用物体的体积是
$1×10^{-4}$
$\mathrm{m}^3$，密度是$2×10^3$
$\mathrm{kg/m}^3$。（$\rho_{\mathrm{水}}=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$）（3）将图12甲②中的水换成酒精（$\rho_{\mathrm{酒精}}=0.8×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$），物体受到的浮力
变小
（选填“变大”“变小”或“不变”）。利用上述实验中的器材和木块，探究“漂浮在液面上的物体所受浮力的大小是否遵循阿基米德原理”，实验过程中②
（选填“①”“②”“③”或“④”）步骤不需要弹簧测力计。（4）接着，实验小组又利用密度计测量某液体的密度，如图12乙A、B所示。将自制密度计竖直放入装有适量水的烧杯中，测得密度计浸入深度为$H$；再将密度计竖直放入装有适量待测液体的烧杯中，测得密度计浸入深度为$h$。已知水的密度为$\rho_{\mathrm{水}}$，则待测液体密度为
$\frac{H}{h}\rho_{水}$
（用$\rho_{\mathrm{水}}$、$H$、$h$表示）。分别测量不同液体，在密度计与液面相平的位置标记刻度，则越靠近底部配重的刻度所对应的密度值越大
（选填“大”或“小”）。答案
15. (1) ④①②③ A (2) $1×10^{-4}$ $2×10^3$ (3) 变小 ② (4) $\frac{H}{h}\rho_{水}$ 大
解析
【分析】
本题围绕阿基米德原理实验、浮力计算及密度计原理展开。第(1)问需梳理实验步骤的合理性，判断影响实验结论的操作；第(2)问利用称重法求浮力，结合阿基米德原理计算物体体积，再由重力公式求质量，进而得密度；第(3)问根据阿基米德原理分析液体密度变化对浮力的影响，结合漂浮特点判断无需弹簧测力计的步骤；第(4)问利用密度计漂浮时浮力等于重力推导待测液体密度，再分析刻度的密度变化规律。
【解析】
(1) 实验需先测空桶重力（④），再测物体重力（①），接着将物体浸没在溢水杯中测拉力并收集排开的水（②），最后测桶和排开水的总重力（③），故最佳顺序为④①②③。若图①中水面未到达溢水口，物体排开的水无法全部流入小桶，导致排开液体重力测量值偏小，影响结论；物体未全部浸没时仍能验证阿基米德原理，故选A。
(2) 物体浸没在水中时，浮力$F_{浮}=G-F_{示}=2\mathrm{N}-1\mathrm{N}=1\mathrm{N}$，由阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$得，物体体积$V=V_{排}=\frac{F_{浮}}{\rho_{水}g}=\frac{1\mathrm{N}}{1.0×10^3\mathrm{kg/m}^3×10\mathrm{N/kg}}=1×10^{-4}\mathrm{m}^3$；物体质量$m=\frac{G}{g}=\frac{2\mathrm{N}}{10\mathrm{N/kg}}=0.2\mathrm{kg}$，密度$\rho=\frac{m}{V}=\frac{0.2\mathrm{kg}}{1×10^{-4}\mathrm{m}^3}=2×10^3\mathrm{kg/m}^3$。
(3) 物体浸没时$V_{排}$不变，酒精密度小于水，由$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$知，浮力变小；探究漂浮物体的阿基米德原理时，木块漂浮无需弹簧测力计拉，故步骤②不需要弹簧测力计。
(4) 密度计漂浮，浮力等于重力，即$\rho_{水}gSH=\rho_{液}gSh$，约去$gS$得$\rho_{液}=\frac{H}{h}\rho_{水}$；密度计浸入深度$h$越小，液体密度越大，故靠近底部的刻度密度越大。
【答案】
(1) ④①②③；A (2) $1×10^{-4}$；$2×10^3$ (3) 变小；② (4) $\frac{H}{h}\rho_{水}$；大
【知识点】
阿基米德原理、浮力计算、密度计原理
【点评】
本题综合考查阿基米德原理实验、浮力计算及密度计知识，需掌握实验步骤的合理性、公式的灵活应用，细节易出错，属于中等难度题。
【难度系数】
0.3
本题围绕阿基米德原理实验、浮力计算及密度计原理展开。第(1)问需梳理实验步骤的合理性，判断影响实验结论的操作；第(2)问利用称重法求浮力，结合阿基米德原理计算物体体积，再由重力公式求质量，进而得密度；第(3)问根据阿基米德原理分析液体密度变化对浮力的影响，结合漂浮特点判断无需弹簧测力计的步骤；第(4)问利用密度计漂浮时浮力等于重力推导待测液体密度，再分析刻度的密度变化规律。
【解析】
(1) 实验需先测空桶重力（④），再测物体重力（①），接着将物体浸没在溢水杯中测拉力并收集排开的水（②），最后测桶和排开水的总重力（③），故最佳顺序为④①②③。若图①中水面未到达溢水口，物体排开的水无法全部流入小桶，导致排开液体重力测量值偏小，影响结论；物体未全部浸没时仍能验证阿基米德原理，故选A。
(2) 物体浸没在水中时，浮力$F_{浮}=G-F_{示}=2\mathrm{N}-1\mathrm{N}=1\mathrm{N}$，由阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$得，物体体积$V=V_{排}=\frac{F_{浮}}{\rho_{水}g}=\frac{1\mathrm{N}}{1.0×10^3\mathrm{kg/m}^3×10\mathrm{N/kg}}=1×10^{-4}\mathrm{m}^3$；物体质量$m=\frac{G}{g}=\frac{2\mathrm{N}}{10\mathrm{N/kg}}=0.2\mathrm{kg}$，密度$\rho=\frac{m}{V}=\frac{0.2\mathrm{kg}}{1×10^{-4}\mathrm{m}^3}=2×10^3\mathrm{kg/m}^3$。
(3) 物体浸没时$V_{排}$不变，酒精密度小于水，由$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$知，浮力变小；探究漂浮物体的阿基米德原理时，木块漂浮无需弹簧测力计拉，故步骤②不需要弹簧测力计。
(4) 密度计漂浮，浮力等于重力，即$\rho_{水}gSH=\rho_{液}gSh$，约去$gS$得$\rho_{液}=\frac{H}{h}\rho_{水}$；密度计浸入深度$h$越小，液体密度越大，故靠近底部的刻度密度越大。
【答案】
(1) ④①②③；A (2) $1×10^{-4}$；$2×10^3$ (3) 变小；② (4) $\frac{H}{h}\rho_{水}$；大
【知识点】
阿基米德原理、浮力计算、密度计原理
【点评】
本题综合考查阿基米德原理实验、浮力计算及密度计知识，需掌握实验步骤的合理性、公式的灵活应用，细节易出错，属于中等难度题。
【难度系数】
0.3
16. 做一做，想一想。
乒乓球的浮沉
如图13甲，将一个乒乓球放到水里，乒乓球漂浮在水面上。如图13乙，用一个杯子竖直向下将乒乓球罩住，此时乒乓球仍能漂浮吗？细心观察此时乒乓球的位置，并想一想为什么会这样。
乒乓球的浮沉
如图13甲，将一个乒乓球放到水里，乒乓球漂浮在水面上。如图13乙，用一个杯子竖直向下将乒乓球罩住，此时乒乓球仍能漂浮吗？细心观察此时乒乓球的位置，并想一想为什么会这样。
答案
解：
乒乓球不能在原水面位置保持漂浮状态。
观察到的现象：乒乓球最终会紧贴在罩住它的杯子的顶部内侧，随杯子一同向下移动。
原因：当杯子竖直向下罩住乒乓球时，杯内封闭了部分空气，随着杯子向下压入水中，杯内空气被水压缩，杯内气压大于外界大气压，使得杯内的水面高度远低于容器中的水面高度。乒乓球所受水的浮力大于自身重力，会上浮到杯内的最高处，最终紧贴杯顶，不再漂浮在容器的水面上。
乒乓球不能在原水面位置保持漂浮状态。
观察到的现象：乒乓球最终会紧贴在罩住它的杯子的顶部内侧，随杯子一同向下移动。
原因：当杯子竖直向下罩住乒乓球时，杯内封闭了部分空气，随着杯子向下压入水中，杯内空气被水压缩，杯内气压大于外界大气压，使得杯内的水面高度远低于容器中的水面高度。乒乓球所受水的浮力大于自身重力，会上浮到杯内的最高处，最终紧贴杯顶，不再漂浮在容器的水面上。
解析
【分析】
要解决这个问题，需分两步思考：首先明确乒乓球原本漂浮的条件是浮力等于自身重力；其次分析杯子罩住乒乓球后的变化：杯内封闭了空气，杯子下压时杯内空气被压缩，气压会增大，导致杯内水面高度低于容器中的水面，进而改变乒乓球的受力情况，最终确定乒乓球的位置。
【解析】
1. 初始状态：乒乓球漂浮在水面上，此时乒乓球受到的浮力等于自身重力（$F_{浮}=G_{球}$）。
2. 杯子罩住后的变化：当杯子竖直向下罩住乒乓球时，杯内封闭了一定质量的空气；随着杯子向下压入水中，杯内空气被水压缩，体积减小，根据“一定质量的气体，温度不变时，体积越小，压强越大”，杯内气压大于外界大气压，使得杯内的水面高度远低于容器中的水面高度。
3. 乒乓球的位置：乒乓球密度小于水，所受水的浮力大于自身重力，会向上运动，最终上浮到杯内的最高处，紧贴在罩住它的杯子的顶部内侧，不再漂浮在容器的水面上。
【答案】
乒乓球不能在原水面位置保持漂浮状态，最终会紧贴在罩住它的杯子的顶部内侧，随杯子一同向下移动；原因是杯内封闭空气被压缩，气压大于外界大气压，杯内水面低于容器水面，乒乓球所受浮力大于重力，上浮到杯顶。
【知识点】
气体压强与体积的关系、浮力、物体的浮沉条件
【点评】
本题结合实验现象考查气体压强与浮力的相关知识，需要学生联系实际操作分析物理原理，既考查对基础知识点的掌握，又培养了观察和分析问题的能力，是一道联系生活的好题。
【难度系数】
0.5
要解决这个问题，需分两步思考：首先明确乒乓球原本漂浮的条件是浮力等于自身重力；其次分析杯子罩住乒乓球后的变化：杯内封闭了空气，杯子下压时杯内空气被压缩，气压会增大，导致杯内水面高度低于容器中的水面，进而改变乒乓球的受力情况，最终确定乒乓球的位置。
【解析】
1. 初始状态：乒乓球漂浮在水面上，此时乒乓球受到的浮力等于自身重力（$F_{浮}=G_{球}$）。
2. 杯子罩住后的变化：当杯子竖直向下罩住乒乓球时，杯内封闭了一定质量的空气；随着杯子向下压入水中，杯内空气被水压缩，体积减小，根据“一定质量的气体，温度不变时，体积越小，压强越大”，杯内气压大于外界大气压，使得杯内的水面高度远低于容器中的水面高度。
3. 乒乓球的位置：乒乓球密度小于水，所受水的浮力大于自身重力，会向上运动，最终上浮到杯内的最高处，紧贴在罩住它的杯子的顶部内侧，不再漂浮在容器的水面上。
【答案】
乒乓球不能在原水面位置保持漂浮状态，最终会紧贴在罩住它的杯子的顶部内侧，随杯子一同向下移动；原因是杯内封闭空气被压缩，气压大于外界大气压，杯内水面低于容器水面，乒乓球所受浮力大于重力，上浮到杯顶。
【知识点】
气体压强与体积的关系、浮力、物体的浮沉条件
【点评】
本题结合实验现象考查气体压强与浮力的相关知识，需要学生联系实际操作分析物理原理，既考查对基础知识点的掌握，又培养了观察和分析问题的能力，是一道联系生活的好题。
【难度系数】
0.5
