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      探究與測量并重

      2020-09-10 07:22:44李參軍
      關(guān)鍵詞:示數(shù)物塊測力計

      李參軍

      探究影響浮力大小因素的實驗是初中物理的一個重點實驗,這個實驗在利用控制變量法探究影響浮力大小因素的基礎(chǔ)上還可以計算物塊和所用液體的密度。下面我們來解析一道探究與測量并重的該類型題目。

      例(2019·遼寧·阜新)在探究“浮力的大小與哪些因素有關(guān)”的實驗中,主要實驗步驟如下:

      a. 將一個金屬圓柱體懸掛在彈簧測力計下,按如圖1所示組裝器材;

      b. 向空燒杯中緩慢注入清水,直到?jīng)]過金屬體一段距離(燒杯未加滿水),如圖2中①~⑤所示,待示數(shù)穩(wěn)定后分別讀取彈簧測力計的示數(shù)F1~F5;

      c. 如圖2中⑥所示,再向燒杯中加入適量鹽,并輕輕攪拌,直至彈簧測力計示數(shù)穩(wěn)定后示數(shù)為F6。

      (1)圖2中 (選填①~⑥序號)可以得出浮力的大小跟物體排開液體的體積有關(guān)。在圖2⑤中,金屬體所受到的浮力F浮 = (用測量器的字母來表示)。

      (2)圖2中 (選填①~⑥序號)可以得出浮力的大小跟物體浸沒的深度無關(guān)。金屬體的體積V = (用已知量ρ水、g和測量器的字母來表示)。

      (3)因為浮力的大小跟液體的密度有關(guān),可知圖2⑤、⑥中,F(xiàn)5 F6(選填“>”“=”“<”),圖2⑥中鹽水密度:ρ鹽水 = (用已知量ρ水和測量器的字母來表示)。

      解析:(1)要探究浮力的大小與物體排開液體的體積的關(guān)系,需要在改變物體排開液體體積的同時保持液體的密度不變,所以應(yīng)該選擇圖2中①②③④進行比較,可得到浮力的大小與物體排開液體的體積有關(guān)。在圖2⑤中,金屬體所受到的浮力F浮 = F1 - F5。

      (2)要判斷浮力大小是否與深度有關(guān),應(yīng)該在保持液體密度、物體排開液體的體積相同的情況下改變物體所處的深度,比較浮力是否改變,圖2中④⑤物體都浸沒在水中,只是深度不同,正好滿足條件,所以通過④⑤可以得出浮力的大小跟物體浸沒的深度無關(guān)。因為金屬體浸沒在水中時受到的浮力是F浮 = F1 - F5,所以其體積V = V排 =? = 。

      (3)因為浮力的大小與液體的密度有關(guān),排開液體體積相同時,液體密度越大,浮力越大,所以金屬圓柱體浸沒在鹽水中受到的浮力大,而物體重力相同時,受到浮力越大,測力計示數(shù)越小,故可得F5 >? F6,圖2⑥中金屬圓柱體在鹽水中受到的浮力是F浮鹽水 = F1 - F6,排開鹽水的體積是V排鹽水 = V = ,故鹽水的密度是:ρ鹽水 =? = ρ水。

      答案:(1)①②③④ F1 - F5 (2)④⑤ (3)> ρ水

      在探究多因素問題時,可利用控制變量法把多因素問題分成幾個單因素問題。而探究和某個因素的關(guān)系時,只能改變這一因素,同時保持其他因素不變。

      1. 利用彈簧測力計測量物體密度。先用細線系住物塊,用彈簧測力計測出其重力G;再把物塊浸沒在水中讀出測力計示數(shù)為F。浸沒時受到的浮力是F浮 = G - F,所以物塊體積是V = V排 =? = ,因此其密度是ρ =? =? =? ρ水。

      利用此法還可進一步測鹽水等液體的密度:將物塊擦凈,浸沒在鹽水(或其他液體)中讀出彈簧測力計的示數(shù)F′,則根據(jù)兩次測量物塊的密度相等,由 ρ水 =? ρ鹽水可得鹽水密度ρ鹽水 = ρ水。

      如果物塊的密度已知,則可以反測液體的密度:先用彈簧測力計測出其重力G;再把物塊浸沒在液體中讀出測力計示數(shù)為F,則液體的密度是ρ液 = ρ固。

      2. 應(yīng)用量筒測量密度。這里的關(guān)鍵是測量物體的質(zhì)量,可以設(shè)法使物體漂浮在量筒中,測出物體漂浮時排開水的體積,則物體質(zhì)量是m =? =? =? = ρ水V排,這樣即可由ρ = 求出其密度。其典型的應(yīng)用是直接測量小瓷杯等船形物體的密度:先在量杯中倒入適量水,測出水的體積V1,然后把小瓷杯漂浮在水中,讀出水面的刻度V2,則小瓷杯的質(zhì)量為m =? =? = ρ水(V2 - V1);最后把小瓷杯浸沒在水中,讀出水面的刻度V3,則小瓷杯體積為V = V3 - V1,所以其密度是ρ =? =? = ρ水。對實心的密度較大的物體,可以把物體放在塑料泡沫上,以使物體能夠漂浮,而對于密度較小的物體,可以利用針壓法使物體浸沒。

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