Question

小明用如图1所示的装置探究“影响浮力大小的因素”（已知ρ_水=1.0×10³kg/m³，取g=10N/kg）

（1）小明利用图1甲所示的实验装置，将圆柱体合金块慢慢浸入水中时，根据测得的实验数据，作出了弹簧测力计示数F_示与合金块下表面所处深度h的关系图象（如图2①所示）。实验过程中合金块所受浮力的变化情况是________________________；请在图2中画出F_浮随h变化的关系图象。

（__________）

分析图象可知，浸没在水中的物体所受浮力的大小跟它排开水的体积成____________。

（2）将合金块分別浸没在水和某液体中（如图1乙、丙所示），比较图1甲、乙、丙可知： ___________；

（3）合金块的密度为ρ_合金____________g/cm³；

（4）若用此合金块制成一个空心合金球，当合金球恰好能悬浮于图1丙所示液体中时，空心部分的体积是____________cm³。

Answer

先变大后不变 正比 浸没在液体中的合金块所受浮力大小与液体的密度有关 4 400

【解析】

（1）由弹簧测力计的示数F示与合金块下表面所处深度h的关系图象可以知道：弹簧测力计的示数随着深度的增加是先变小后不变，而测力计的示数等于合金块的重力减去合金块浸在液体中受到的浮力。所以此实验过程中浮力先变大后不变。由图象可知，合金块完全浸没在水中时所受的浮力：F浮=G-F′=4N-3N=1N；则F浮随h的变化的关系图象，如下图所示：

由图象可知，当h≤6cm时，浸在水中的物体所受浮力的大小与浸入水中的深度成正比，而排开水的体积与浸入水中的深度成正比，所以浸在水中的物体所受浮力的大小跟它排开水的体积成正比；

（2）分析比较甲、乙、丙可知，合金块排开液体的体积相同，液体的密度不同，弹簧测力计的示数不同，即受到的浮力不同，说明浮力大小跟液体的密度有关；

（3）由图甲可知，合金块的重力G=4N，合金块的质量：m合金==0.4kg，

由图乙可知，合金块浸没在水中时弹簧测力计的示数F′＝3N，

则合金块完全浸没在水中时所受的浮力：F浮=G-F′=4N-3N=1N；

物体浸没时排开液体的体积和自身的体积相等，合金块的体积：V合金=V排==1×10-4m3，

则合金块的密度：ρ合金==4×103kg/m3=4g/cm3。

（4）①由图丁可知，金属块浸没在某液体中时弹簧测力计的示数F″=3.2N，

则合金块完全浸没在某液体中时所受的浮力：F浮′=G-F″=4N-3.2N=0.8N，

因物体浸没时排开液体的体积和自身的体积相等，所以，由F浮=ρgV排可得：，则：ρ液=ρ水=×1.0×103kg/m3＝0.8×103kg/m3。

②合金球悬浮在某液体中时所受的浮力：F浮″=G=4N，

合金球的体积：V球=V排′==5×10-4m3，

合金球实心部分的体积：V实= V合金=1×10-4m3，

则空心部分的体积：V空=V球-V实=5×10-4m3﹣1×10-4m3=4×10-4m3＝400cm3。