20.（6分）如图所示是“探究浮力的大小与哪些因素有关”的实验。

(1)分析甲、乙、丙三图可知,浸在液体中的物体所受浮力大小跟有关。
(2)乙图中物体受到的浮力为N,物体A的密度是g/cm³。
(3)图乙和图丁中物体A下表面受到水的压力之差(选填“＞”“=”或“＜”)0.6 N。
(4)在丁图中画出物体A受到浮力的示意图(标出力的大小)。

20. (1)物体排开液体的体积 (2)1.4 2.4 (3)＞ (4)如图所示
【点拨】本题考查探究浮力影响因素的实验,涉及用控制变量法探究浮力与排开液体体积的关系,用称重法($F_浮=G-F_拉$)计算浮力,结合阿基米德原理求物体体积、密度以及压力差法计算浮力的应用。
【解析】(1)由甲、乙、丙三图可知,液体的密度相同,物体排开液体的体积不相同,弹簧测力计的示数不同,由称重法可知,物体受到的浮力不同,因此得到的结论为:浸在液体中的物体所受浮力大小与物体排开液体的体积有关;
(2)由图甲可知,物体的重力为4.8 N,由图乙可知,根据称重法,物体受到的浮力为$F_浮=G-F_{拉乙}=4.8\ \mathrm{N} -3.4\ \mathrm{N}=1.4\ \mathrm{N}$,由图丙可知,物体全部浸没在水中时,受到的浮力$F'_浮=G-F_{拉丙}=4.8\ \mathrm{N} -2.8\ \mathrm{N}=2\ \mathrm{N}$,此时物体的体积等于排开水的体积,根据$F_浮=\rho_液gV_排$可得,$V_物=V_排=\frac{F'_浮}{\rho_水g}=\frac{2\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 ×10\ \mathrm{N/kg}}=2×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$,物体的重力为4.8 N,则物体的质量为$m=\frac{G}{g}=\frac{4.8\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg}}=0.48\ \mathrm{kg}$,所以物体的密度为$\rho=\frac{m}{V}=\frac{0.48\ \mathrm{kg}}{2×10^{-4}\ \mathrm{m}^3}=2.4×10^3\ \mathrm{kg/m}^3=2.4\ \mathrm{g/cm}^3$;
(3)物体上下表面受到水的压力差即为受到的浮力,图丁中物体受到的浮力比图乙中物体受到的浮力增大了$3.4\ \mathrm{N} -2.8\ \mathrm{N}=0.6\ \mathrm{N}$,即$F_{浮丁}-F_{浮乙}=F_{下丁}-F_{上丁}-F_{下乙}=0.6\ \mathrm{N}$,整理得$F_{下丁}-F_{下乙}=0.6\ \mathrm{N} +F_{上丁}＞0.6\ \mathrm{N}$,所以图乙和图丁中A下表面受到水的压力之差大于0.6 N;
(4)由图丁可知,此时物体受到的浮力为$F''_浮=G-F_{拉丁}=4.8\ \mathrm{N} -2.8\ \mathrm{N}=2\ \mathrm{N}$,物体所受浮力的方向是竖直向上的,作用点在重心,如图所示。

【分析】
要解决这道题，需结合浮力实验的核心原理逐步推导：
1. 第(1)问：对比甲、乙、丙，液体密度相同，物体排开液体体积不同，弹簧测力计示数不同（浮力不同），据此判断浮力的影响因素；
2. 第(2)问：先确定物体重力（甲图弹簧测力计示数），利用称重法$F_浮=G-F_拉$计算乙图浮力；再根据丙图（物体完全浸没）的浮力，结合阿基米德原理算出物体体积，最后由$\rho=\frac{m}{V}=\frac{G}{gV}$计算物体密度；
3. 第(3)问：浮力等于物体上下表面的液体压力差，分析乙、丁两图中物体上表面是否受水的压力，推导下表面压力差的关系；
4. 第(4)问：先算出丁图中物体的浮力，再按力的示意图要求画出竖直向上、大小为2N的浮力。
【解析】
(1) 甲、乙、丙三图中，液体都是水（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，由称重法可知浮力逐渐增大，因此浸在液体中的物体所受浮力大小跟物体排开液体的体积有关。
(2) 由甲图弹簧测力计可知，分度值为0.2N，物体重力$G=4.8\ \mathrm{N}$；乙图中拉力$F_{拉乙}=3.4\ \mathrm{N}$，则乙图浮力$F_{浮乙}=G-F_{拉乙}=4.8\ \mathrm{N}-3.4\ \mathrm{N}=1.4\ \mathrm{N}$。
丙图中物体完全浸没，拉力$F_{拉丙}=2.8\ \mathrm{N}$，完全浸没时浮力$F_{浮全}=G-F_{拉丙}=4.8\ \mathrm{N}-2.8\ \mathrm{N}=2\ \mathrm{N}$。
根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$，物体体积$V=V_{排}=\frac{F_{浮全}}{\rho_{水}g}=\frac{2\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}}=2×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$。
物体质量$m=\frac{G}{g}=\frac{4.8\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg}}=0.48\ \mathrm{kg}$，则物体密度$\rho=\frac{m}{V}=\frac{0.48\ \mathrm{kg}}{2×10^{-4}\ \mathrm{m}^3}=2.4×10^3\ \mathrm{kg/m}^3=2.4\ \mathrm{g/cm}^3$。
(3) 浮力等于物体上下表面的压力差，即$F_{浮}=F_{下表面}-F_{上表面}$。乙图中物体上表面在液面，$F_{上乙}=0$，故乙图下表面压力$F_{下乙}=F_{浮乙}+F_{上乙}=1.4\ \mathrm{N}$；丁图中物体完全浸没，上表面在水下，$F_{上丁}＞0$，丁图浮力$F_{浮丁}=2\ \mathrm{N}$，故丁图下表面压力$F_{下丁}=F_{浮丁}+F_{上丁}=2\ \mathrm{N}+F_{上丁}$。
两图下表面压力差：$F_{下丁}-F_{下乙}=(2\ \mathrm{N}+F_{上丁}) -1.4\ \mathrm{N}=0.6\ \mathrm{N}+F_{上丁}$，因$F_{上丁}＞0$，故该压力差$＞0.6\ \mathrm{N}$。
(4) 丁图中物体浮力$F_{浮丁}=2\ \mathrm{N}$，浮力方向竖直向上，作用点在物体A的重心，示意图如下：
【答案】
(1) 物体排开液体的体积
(2) 1.4；2.4
(3) ＞
(4)
【知识点】
浮力的影响因素；称重法测浮力；阿基米德原理
【点评】
本题是探究浮力影响因素的基础实验题，考查了控制变量法、称重法、阿基米德原理及压力差法的应用，综合性适中，需准确分析实验条件和受力关系。
【难度系数】
0.6

21. (6分)小明和小红利用金属块进行实验,探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系。

(1)小明按如图(a)所示步骤进行实验,最合理的测量顺序应该是;甲、乙、丙、丁中弹簧测力计的示数分别为$F_1$、$F_2$、$F_3$、$F_4$,物体受到的浮力$F_{\mathrm{浮}}=$(用测量量的符号表示)。
(2)小明按照正确顺序完成上述步骤,处理数据时发现$F_{\mathrm{浮}} ≠ G_{\mathrm{排}}$。可能是因为,排除错误后,重新实验,最终得出结论:$F_{\mathrm{浮}} = G_{\mathrm{排}}$。
(3)接下来,小明将金属块换成密度比水小的木块(不吸水)继续实验探究,那么他至少还需使用次弹簧测力计才能完成实验。
(4)小红提出了一个新方案,她将装满水的溢水杯放在升降台的电子秤$C$上,用升降台来调节溢水杯的高度,如图(b)。当小红逐渐调高升降台时,发现随着物体浸入水中的体积越来越大,弹簧测力计$A$示数的变化量(选填“大于”“小于”或“等于”)弹簧测力计$B$示数的变化量。在这个过程中电子秤的示数(选填“变大”“变小”或“不变”)。

21. (1)乙、甲、丙、丁 $F_1-F_3$ (2)溢水杯中没有装满水(合理即可) (3)2 (4)等于 不变
【点拨】本题考查阿基米德原理的实验探究,涉及实验步骤设计的合理性、称重法测浮力、实验误差分析、用木块替换金属块的实验改进及电子秤示数变化分析。
【解析】(1)先测量烧杯的重力,然后再测出物体的重力,将溢水杯装满水,并直接将物体浸入水中观察弹簧测力计的示数,最后测排开的水和烧杯的总重力,并求排出的水的重力;所以最合理的顺序应为:乙、甲、丙、丁;由称重法得,物体受到的浮力$F_浮=G-F=F_1-F_3$;
(2)按照正确顺序完成上述步骤,处理数据时发现$F_浮≠G_排$,可能是因为溢水杯中没有装满水,使得溢出水的重力减小;
(3)小明将金属块换成密度比水小的木块(不吸水)继续实验探究,由物体的浮沉条件可知,小木块放入水中后处于漂浮状态,浮力等于重力,故丙步骤不需要弹簧测力计,烧杯的重力已测出,所以还需要用到弹簧测力计的步骤为甲、丁,即2次;
(4)如图(b),当小红逐渐调高升降台时,随着物体浸入水中的体积越来越大,弹簧测力计A示数的变化量$\Delta F=F_浮=G-F$,弹簧测力计B示数的变化量$\Delta F'=G_排$,因为$F_浮=G_排$,所以$\Delta F=\Delta F'$;在这个过程中电子秤上增加的压力为物体受到的浮力,同时又通过排水减小了同样的压力,因此电子秤的示数不变。

【分析】
本题围绕阿基米德原理的实验探究展开，需逐步梳理实验逻辑：第(1)问需按“测空桶重→测物体重→测物体浸液时拉力→测桶和排液总重”的合理顺序操作，浮力用称重法计算；第(2)问浮力与排液重力不等的常见误差原因是溢水杯未装满水；第(3)问木块漂浮无需完全浸没，需额外测木块重力和桶与排液总重；第(4)问根据阿基米德原理，A示数变化量等于浮力，B示数变化量等于排液重力，二者相等，电子秤因溢出水的重力等于浮力，总压力不变。
【解析】
(1) 探究浮力与排开液体重力的关系，应先测空桶重力（乙），再测物体重力（甲），将物体浸入溢水杯读测力计示数（丙），最后测桶和排开液体总重（丁），故合理顺序为乙、甲、丙、丁；根据称重法，物体浮力$F_{浮}=G-F_{拉}=F_1-F_3$。
(2) 若$F_{浮}≠G_{排}$，可能是溢水杯未装满水，导致排开的水未完全溢出，测得的排液重力偏小。
(3) 木块密度小于水，漂浮在水面，无需完全浸没，需额外测木块重力和桶与排开液体的总重，因此至少还需使用2次弹簧测力计。
(4) 图(b)中，弹簧测力计A示数变化量等于浮力，B示数变化量等于排开液体重力，由阿基米德原理$F_{浮}=G_{排}$，可知二者变化量相等；溢水杯始终装满水，物体浸入时溢出的水的重力等于浮力，电子秤受到的总压力不变，故示数不变。
【答案】
(1) 乙、甲、丙、丁；$F_1-F_3$
(2) 溢水杯中没有装满水（合理即可）
(3) 2
(4) 等于；不变
【知识点】
阿基米德原理、称重法测浮力、实验误差分析
【点评】
本题全面考查阿基米德原理的实验探究，涵盖实验步骤设计、浮力计算、误差分析、特殊物体实验改进及拓展装置受力分析，综合性较强，能检验学生对实验的理解与应用能力。
【难度系数】
0.5

22.（6分）如图是研究“物体的动能跟哪些因素有关”的实验。
(1)实验要研究的是物体动能的大小与物体和质量的关系。
(2)实验中物体动能的大小是通过（选填“s”或“h”）的大小来反映的。这种研究方法属于法。
(3)若将$A、C(m_A ＜ m_C)$球先后从同一高度由开始滚下，球能将木块B撞得更远。两种情况下木块B滑动时受到的摩擦力的大小关系$f_A$（选填“＞”“=”或“＜”）$f_C$。

22. (1)速度 (2)s 转换 (3)静止 C =
【点拨】本题考查探究动能大小影响因素的实验,涉及动能与速度、质量的关系,通过控制变量法、转换法,分析实验原理、操作及摩擦力变化。
【解析】(1)实验中,通过让小球从不同的高度滚下(改变速度)、换用不同质量小球的方法,来研究动能与速度、质量的关系;
(2)动能的大小无法直接测量,而动能越大,对木块做功越多,木块移动的距离s就越远,故物体动能的大小是通过木块被推开距离s的大小来反映的;动能的大小无法直接测量,这种将不容易直接测量的物理量,通过容易测量的物理量来体现的研究方法属于转换法;
(3)若研究动能与质量的关系,则应控制速度相同,所以应将A、C球先后从同一高度由静止开始滚下,这样两个小球到达斜面底端时的速度才相同;因为速度相同时,质量越大,物体具有的动能越大,所以C球具有的动能较大,能够将物块B撞得更远;两种情况下,木块B对水平面的压力(等于木块重力)不变,接触面粗糙程度也不变,故摩擦力不变,即$f_A=f_C$。

【分析】
本题是探究物体动能影响因素的实验，需结合控制变量法、转换法分析各问题：首先明确实验目的是研究动能与速度、质量的关系；动能大小无法直接观察，通过木块被推动的距离间接反映（转换法）；研究动能与质量的关系时，要控制小球到达水平面的速度相同（同一高度静止滚下），再结合动能与质量的关系、摩擦力的影响因素（压力和接触面粗糙程度）逐一分析小问。
【解析】
(1) 实验中，通过改变小球滚下的高度来改变速度，换用不同质量的小球，因此研究的是动能与速度和质量的关系；
(2) 动能大小无法直接测量，小球动能越大，对木块做功越多，木块移动的距离s越大，所以通过s反映动能大小，这种将不易直接测量的物理量转换为易测量物理量的方法是转换法；
(3) 研究动能与质量的关系时，需控制速度相同，故将A、C球从同一高度由静止滚下，此时C球质量更大，动能更大，能将木块B撞得更远；木块B受到的摩擦力由压力和接触面粗糙程度决定，两种情况中木块B的重力不变，对水平面的压力不变，接触面粗糙程度相同，因此摩擦力相等，即$f_A = f_C$。
【答案】(1)速度；(2)s；转换；(3)静止；C；=
【知识点】动能的影响因素、转换法、控制变量法
【点评】本题为初中物理探究动能影响因素的经典实验题，考查实验方法、动能与质量速度的关系及摩擦力的判断，注重实验原理的理解，是基础题型，需学生掌握实验设计的控制变量和转换思想。
【难度系数】0.6