小冉在探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验中,用到如下器材:分度值为0.1N的弹簧测力计,底面积为5cm2、高度为6cm的实心圆柱体铜块,相同的大烧杯若干,水,密度未知的某种液体,细线等。
(1)小冉进行了如图14所示的实验:A步骤所示弹簧测力计的示数为 N;用弹簧测力计挂着铜块缓慢地浸入液体中不同深度,步骤如图B、C、D、E、F所示(液体均未溢出),并将其示数记录在下表中:
实验步骤 | B | C | D | E | F |
弹簧测力计示数/N | 2.6 | 2.5 | 2.4 | 2.4 | 2.3 |
(2)在实验步骤B中铜块所受浮力F浮= N。
(3)分析实验步骤A、B、C、D,可以说明浮力大小跟 有关;分析实验步骤A、E、F,可以说明浮力大小跟 有关。
(4)小冉用表格中的数据算出了某种液体的密度是 kg/m3(结果保留一位小数),还算出了步骤B中铜块下表面受到水的压强是 Pa,并发现步骤B、C、D中铜块下表面受到水的压强随着深度的增加逐渐 (选填“增大”或“减小”)。
(5)小冉在步骤B的基础上继续探究:保持铜块下表面所处的位置不变,把弹簧测力计的拉环固定在铁架台上,缓慢向烧杯内加水,发现弹簧测力计的示数逐渐 (选填“增大”或“减小”);当所加水使铜块刚好浸没时(水未溢出),烧杯底部受到水的压强增加了 Pa。(已知在一定范围内,弹簧受到的拉力每减少0.1N,弹簧的长度就缩短0.1cm)
解析:
(1)从图A中可以读出其示数为2.7N
(2)实验B铜块受到的浮力
F浮=G-F’=2.7N-2.6N=0.1N
(3)从A、B、C、D实验中可以看出,液体都是水,液体密度一定,其排开水的体积变化,由于测量计示数A到D依次变小,故浮力依次变大。由此得出结论:在密度不变时,物体排开液体的体积越大,物体受到的浮力也越大;类似从A、E、F中可得:在物体排开液体的体积不变,液体的密度越大,物体受到的浮力就越大。
(4)从实验E步骤知,物体受到的浮力和物体的体积为:
F浮’=G-FE’=2.7N-2.4N=0.3N
物体的体积是:
V=V排= | F浮’ | = | 0.3N | =3×10-5m3 |
ρ水g | 1.0×103kg/m3×10N/kg |
从步骤F中,可计算出物体的密度是:
ρ液= | F浮E | = | 2.7N-2.3N | =1.3×103kg/m3 |
Vg | 3×10-5m3×10N/kg |
实验B步骤中物体下表面受到的压力和压强分别是:
F=F浮=0.1N
p= | F | = | 0.1N | =200Pa |
S | 5×10-4m2 |
压强随深度增加而增大,故选填“增大”;
(5)其水的深度和物体排开水的体积变大,所以测力计示数变小,底部所受的压强变大。
在B步骤基础上,向其中加水,则水面上升的高度是铜柱水面上方的长度与弹簧缩短的长度之和。
FD浮-FB浮=∆F浮=2.6N-2.4N=0.2N=ρ水gs∆h1
∆h1= | ∆F浮 | = | 0.2N | =0.04m |
ρ水gs | 1.0×103kg/m3×10N/kg×5×10-4m2 |
弹簧长度减小:
因拉力减小0.2N,所以弹簧长度减小:
∆h2=0.2cm
底部所受压强增大:∆p=ρ水g(∆h1+∆h2)=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.04m+0.2×10-2m)
=420Pa
答案:
(1) 2.7
(2) 0.1
(3) 在密度不变时,物体排开液体的体积越大,物体受到的浮力也越大
在物体排开液体的体积不变,液体的密度越大,物体受到的浮力就越大。
(4) 1.3×103 200 增大
(5) 420
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