从一道浮力探究试题说起

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1、从一道浮力探究试题说起天津市宝坻区教研室（301800）戴军武汉市2007年中考物理试卷上有这样一道题：小明想：浮力是液体对物体向上的托力，而物体间力的作用是相互的，所以物体对液体一定有向下的压力，那么浮力的大小和物体对液体压力的大小有什么关系呢？(1)小明和小红利用烧杯、水、天平、合金圆柱体、细线和弹簧测力计，进行了如下探究：①在烧杯中盛适量水，用天平测出烧杯和水的总质量m1；②用弹簧测力计测出圆柱体的重力G；③如图1所示，将圆柱体部分浸入烧杯的水中，静止在某一深度，记下弹簧测力计的示数F，则圆柱体所受水的浮力为(用弹簧测力计所测得的量来表示)；此时向天平的右盘加上适

2、量的砝码，使天平重新平衡，记下天平的读数m2，则圆柱体对水的压力为（用天平所测得的量来表示）。图1(2)下表为小明和小红记录的实验数据：(表中h2＞h1)圆柱体的位置圆柱体的重力G/N弹簧测力计的示数F/N烧杯和水的总质量m1/g天平的读数m2/g圆柱体部分浸入2.62.4180200圆柱体浸没深度h12.62.2180220圆柱体浸没深度h22.62.2180220①通过分析表格中的数据，可以得出：浮力的大小（选填“大于”、“小于”或“等于”)物体对液体压力的大小。②由表格中的数据可知，该圆柱体的密度为kg/m3。解析：(1)中的③，要求从原理上首先搞清：如何用弹簧测

3、力计的示数表示浮力，如何用天平的读数表示圆柱体对水的压力。由于已测得圆柱体的重力为G，当圆柱体部分浸入烧杯的水中时，悬吊圆柱体的弹簧测力计示数为F，于是由浮力的计算方法可知，此时圆柱体所受的浮力等于（G－F）。因为烧杯和水的总质量为m1，将圆柱体部分浸入烧杯的水中天平重新平衡时天平的示数m2，若设此时圆柱体对水的压力为F压，则有m2=m1+（F压/g）。于是可知圆柱体对水的压力为F压=（m2－m1）g。(2)中的①是要求通过具体实验数据，分析归纳出浮力与物体对液体压力大小的关系。从记录的实验数据可知：圆柱体部分浸入水中时，圆柱体所受浮力为（2.6－2.4）N=0.2N，

4、圆柱体对水的压力为（0.20－0.18）Kg×10N/Kg=0.2N。圆柱体浸没水中时，圆柱体所受浮力为（2.6－2.2）N=0.4N，圆柱体对水的压力为（0.22－0.18）Kg×10N/Kg=0.4N。由此可见，浸在液体中的物体所受浮力的大小等于物体对液体压力的大小。(2)中的②是要求通过具体的实验数据求出圆柱体的密度。可先由圆柱体的重力求出圆柱体的质量m=G/g=2.6/10=0.26（Kg）；再由圆柱体浸没在水中时排开水的质量求出圆柱体的体积：由于F浮=F压，其中F浮=G排水=m排水g，F压=（m2－m1）g，所以有m排水=（m2－m1），即天平两次平衡时的示数

5、之差等于圆柱体排开水的质量。当圆柱体浸没在水中时m排=220—180=40（g）排开水的体积为V水=m排/ρ水=40×10－3/1×103=4×10－6（m3）由于圆柱体是浸没在水中，因此圆柱体的体积与排开水的体积相等，即V=V水=4×10－6m3。最后求得圆柱体的密度ρ=m/V=0.26/0.4×10—4=6.5×103（Kg/m3）。解题至此，意犹未尽。通过解题我们不仅知道了“浮力和物体对液体压力的大小相等”，而且通过(2)中的②，我们还可以受到启发：只要利用天平测得待测固体的质量、烧杯和适量水的总质量、固体浸没且悬吊于烧杯的水中天平平衡时的示数，就可求得物体的体积

6、，进而得知固体的密度。下面通过例1进一步体会这种测定固体密度的新方法。例1（2007年，北京市课标卷中考题）小红在海边拾到一块漂亮的小石块，她想测出小石块的密度。小红利用一架托盘天平、一个烧杯、适量的水和细线设计了一个测量小石块密度的实验方案，以下是她设计的部分实验步骤，请你按照小红的实验思路，将实验步骤补充完整。 （1）用调节好的天平称出小石块的质量m1； （2）在烧杯中注入适量的水，用天平称出烧杯和水的总质量m2； （3）__________________，在天平右盘添加适量的砝码，移动游码，天平平衡后，砝码与游码的总示数为m3； （4）已知水的密度为ρ水，利用上

7、述测量出的物理量和已知量计算小石块密度ρ石的表达式为：ρ石=___________。简析：（3）中的横线处应填“用细线把小石块拴好，使其浸没在天平左盘上的烧杯内的水中，小石块不接触烧杯底”；利用测量出的物理量和已知量，可推导出（4）中所要求的小石块密度的表达式为ρ石=m1ρ水/（m3—m2）。通过本题，我们应该进一步认识到，测量固体密度的方法需要的实验器材是：一架托盘天平、一个烧杯、适量的水和细线；实验步骤如该题的（1）、（2）、（3）、（4）所述。需要特别注意的是：步骤（2）中，在烧杯中注入的水要“适量”，以防固体放入后水溢出；步骤（3