Question

某小組同學研究金屬球在水中受到浮力的大小時，提出不同的猜想．猜想Ⅰ：金屬球在水中所受的浮力F_浮跟金屬球的密度有關；猜想Ⅱ：金屬球在水中所受的浮力F_浮跟金屬球浸入水中的深度有關．于是他們將半徑均為5厘米但密度不同的金屬球甲、乙分別掛在測力計下，將其逐步浸入水中進行實驗．他們通過測出球心到水面的距離h來表示金屬球浸入水中的深度、并讀出相應的測力計示數F且計算得出F_浮，實驗數據分別見表一、二．
表一  金屬球甲   ρ_甲=3.0×10³千克/米³

實驗序號	1	2	3	4	5	6
球心到水面的距離h（厘米）	5	2	0	2	5	8
測力計示數F（牛）	15.7	14.6	13.1	11.6	10.5	10.5
金屬球所受的浮力F浮（牛）	0	1.1	2.6	4.1	5.2	5.2

表二  金屬球乙   ρ_乙=6.0×10³千克/米³

實驗序號	7	8	9	10	11	12
球心到水面的距離h（厘米）	5	2	0	2	5	6
測力計示數F（牛）	31.4	30.3	28.8	27.3	26.2	26.2
金屬球所受的浮力F浮（牛）	0	1.1	2.6	4.1	5.2	5.2

①該小組所進行的序號為1、7實驗的示意圖是如圖中的

 

．（選填“a”或“b”）
②分析比較實驗序號2～6或8～12的實驗數據及相關條件，可初步得出的結論是：同一金屬球浸入水中的深度增加時，所受到水的浮力

 

．
③分析比較實驗序號2和8、3和9、4和10或5和11的實驗數據及相關條件，可初步得出的結論是：

 

．并由此可知，金屬球在水中所受的浮力F_浮跟金屬球的密度無關．
④他們進一步提出問題：金屬球在水中所受最大的浮力跟哪些因素有關？為繼續研究，最需要添加的實驗器材是：跟甲（或乙）

 

不同的金屬球．（選填“半徑”、“密度”或“質量”）

Answer 1

分析：①根據表格中1、7數據浮力的大小關系得出結論；
②分析比較實驗序號2～6或8～12的實驗數據中浮力的大小變化，得出浮力大小與物體浸在液體中深度的關系；
③分析比較實驗序號2和8、3和9、4和10或5和11的實驗數據中小球的密度發生了變化，浸在水中的體積相同，根據浮力的大小關系得出結論；
④根據以上結論中影響浮力大小的因素選擇合適的選項．

解答：解：①由1、7數據知，兩金屬球受到的浮力均為零，說明此時物體還沒有浸入到水中，應為（a）圖所示的情況；
②2～6或8～12的實驗數據，浸入水中的深度逐漸增加，隨著深度的增加，開始受到的浮力逐漸增大，當完全浸沒后受到的浮力大小不變；
③分析比較實驗序號2和8、3和9、4和10或5和11的實驗數據及相關條件，球浸入水中的深度相同，球的密度不同，但受到的浮力相同，可知當浸入水中深度相等時，半徑相同、密度不同的金屬球所受浮力的大小相等；
④由②③知，浮力大小與物體浸入液體中的體積有關，與物體的密度無關，所以要探究金屬球在水中所受最大的浮力跟哪些因素有關，應換用不同體積的金屬球進行實驗．
故答案為：①a；
②先變大，達到最大后保持不變；
③當浸入水中深度相等時，半徑相同、密度不同的金屬球所受浮力的大小相等；
④半徑．

點評：根據F_浮=ρ_液gV_排，浮力大小與液體的密度和排開液體的體積有關，此題不像以往的實驗，直接探究浮力的影響因素，而是通過實驗數據的分析，逐步向影響因素遞進，在分析過程中，要注意控制變量法的應用，通過比較相同點和不同點及相應的現象得出結論．