5. 物理兴趣小组进行“探究浮力的大小与哪些因素有关”的实验,具体情境如图9-5中a、b、c、d、e所示。(g取10 N/kg)

(1)通过a、c两次实验,可知物体浸没在水中所受浮力大小是
(2)通过
(3)通过c、e两次实验,可探究物体所受浮力大小与
(4)在某种液体中进行探究,记录实验数据,得到弹簧测力计读数与圆柱体下表面浸入深度的关系图像,如图9-5中f所示,则该液体的密度为
(1)通过a、c两次实验,可知物体浸没在水中所受浮力大小是
0.5
N;(2)通过
c、d
两次实验,可探究物体所受浮力大小与浸没深度的关系;(3)通过c、e两次实验,可探究物体所受浮力大小与
液体密度
的关系;(4)在某种液体中进行探究,记录实验数据,得到弹簧测力计读数与圆柱体下表面浸入深度的关系图像,如图9-5中f所示,则该液体的密度为
0.8×10³
kg/m³。答案
5.(1) 0.5 (2) c、d (3) 液体密度
(4) 0.8×10³
(4) 0.8×10³
解析
【分析】
本题围绕“探究浮力的大小与哪些因素有关”的实验展开,需结合称重法测浮力、控制变量法、阿基米德原理解题:
1. 求物体浸没在水中的浮力,利用称重法$F_{浮}=G-F_{拉}$,找到物体重力和浸没时的拉力即可计算;
2. 探究浮力与浸没深度的关系,需控制液体密度、排开液体体积相同,仅改变浸没深度,据此选择实验;
3. 对比c、e两次实验,分析变量(液体密度),确定探究的因素;
4. 结合图像确定物体在未知液体中浸没时的拉力,算出浮力,再利用阿基米德原理,结合水中的浮力计算未知液体的密度。
【解析】
(1)由图a得物体重力$G=2N$,图c中物体浸没在水中时弹簧测力计示数$F_{拉}=1.5N$,根据称重法,物体浸没在水中的浮力:$F_{浮水}=G-F_{拉}=2N-1.5N=0.5N$;
(2)探究浮力与浸没深度的关系,需控制液体密度、排开液体体积相同,仅改变浸没深度,图c、d中液体均为水,物体均浸没,深度不同,弹簧测力计示数相同,故选择$c、d$两次实验;
(3)图c中物体浸没在水中,图e中物体浸没在酒精中,排开液体体积相同,液体密度不同,因此探究的是浮力大小与液体密度的关系;
(4)由图f可知,当圆柱体下表面浸入深度$h≥4cm$时,弹簧测力计示数不变,说明物体已浸没,此时示数$F_{拉}'=1.6N$,则物体在该液体中浸没时的浮力:$F_{浮液}=G-F_{拉}'=2N-1.6N=0.4N$。根据阿基米德原理$F_{浮}=ρ_{液}gV_{排}$,物体浸没时$V_{排}$相同,故$\frac{F_{浮水}}{F_{浮液}}=\frac{ρ_{水}}{ρ_{液}}$,代入数据得:$ρ_{液}=\frac{F_{浮液}}{F_{浮水}}×ρ_{水}=\frac{0.4N}{0.5N}×1×10^3kg/m^3=0.8×10^3kg/m^3$。
【答案】
(1) 0.5;(2) c、d;(3) 液体密度;(4) $0.8×10^3$
【知识点】
称重法测浮力、阿基米德原理、影响浮力的因素
【点评】
本题是探究浮力影响因素的典型实验题,重点考查称重法计算浮力、控制变量法的应用及阿基米德原理的计算,题目基础,注重实验方法的掌握,是浮力部分的核心基础题型。
【难度系数】
0.6
本题围绕“探究浮力的大小与哪些因素有关”的实验展开,需结合称重法测浮力、控制变量法、阿基米德原理解题:
1. 求物体浸没在水中的浮力,利用称重法$F_{浮}=G-F_{拉}$,找到物体重力和浸没时的拉力即可计算;
2. 探究浮力与浸没深度的关系,需控制液体密度、排开液体体积相同,仅改变浸没深度,据此选择实验;
3. 对比c、e两次实验,分析变量(液体密度),确定探究的因素;
4. 结合图像确定物体在未知液体中浸没时的拉力,算出浮力,再利用阿基米德原理,结合水中的浮力计算未知液体的密度。
【解析】
(1)由图a得物体重力$G=2N$,图c中物体浸没在水中时弹簧测力计示数$F_{拉}=1.5N$,根据称重法,物体浸没在水中的浮力:$F_{浮水}=G-F_{拉}=2N-1.5N=0.5N$;
(2)探究浮力与浸没深度的关系,需控制液体密度、排开液体体积相同,仅改变浸没深度,图c、d中液体均为水,物体均浸没,深度不同,弹簧测力计示数相同,故选择$c、d$两次实验;
(3)图c中物体浸没在水中,图e中物体浸没在酒精中,排开液体体积相同,液体密度不同,因此探究的是浮力大小与液体密度的关系;
(4)由图f可知,当圆柱体下表面浸入深度$h≥4cm$时,弹簧测力计示数不变,说明物体已浸没,此时示数$F_{拉}'=1.6N$,则物体在该液体中浸没时的浮力:$F_{浮液}=G-F_{拉}'=2N-1.6N=0.4N$。根据阿基米德原理$F_{浮}=ρ_{液}gV_{排}$,物体浸没时$V_{排}$相同,故$\frac{F_{浮水}}{F_{浮液}}=\frac{ρ_{水}}{ρ_{液}}$,代入数据得:$ρ_{液}=\frac{F_{浮液}}{F_{浮水}}×ρ_{水}=\frac{0.4N}{0.5N}×1×10^3kg/m^3=0.8×10^3kg/m^3$。
【答案】
(1) 0.5;(2) c、d;(3) 液体密度;(4) $0.8×10^3$
【知识点】
称重法测浮力、阿基米德原理、影响浮力的因素
【点评】
本题是探究浮力影响因素的典型实验题,重点考查称重法计算浮力、控制变量法的应用及阿基米德原理的计算,题目基础,注重实验方法的掌握,是浮力部分的核心基础题型。
【难度系数】
0.6
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