例析實(shí)驗(yàn)探究題

侯中柱

壓強(qiáng)與浮力是力學(xué)中重要知識(shí)點(diǎn)之一，探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)規(guī)律和探究浮力大小影響因素是其中的重要實(shí)驗(yàn)。涉及知識(shí)面廣，探究方法全面，是中考考查的熱點(diǎn)。下面以一道實(shí)驗(yàn)題為例，幫助同學(xué)們掌握此類題目的解題方法。

例（2019·重慶）小薇同學(xué)制作了如圖1所示的探頭進(jìn)行了液體壓強(qiáng)和浮力的綜合探究。

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（1）緊密蒙在探頭下端的橡皮膜，形變程度越大，說明它所受的液體壓強(qiáng)越 ? ? 。

（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)的情形如圖2所示，比較甲圖和 ? ? 圖，可以初步得出結(jié)論：在同種液體中，液體內(nèi)部壓強(qiáng)隨深度的增加而增大。

（3）比較甲圖和丙圖，可以初步得出結(jié)論：液體內(nèi)部壓強(qiáng)與液體 ? ? 有關(guān)。

（4）小薇同學(xué)用彈簧測(cè)力計(jì)掛著此探頭繼續(xù)探究：

①向溢水杯中注水，直到溢水口水流出時(shí)停止加水，最后溢水杯中的水面恰好與溢水口 ? ? ;

②用細(xì)線懸掛在彈簧測(cè)力計(jì)下的探頭剛好浸沒，如圖丁所示，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為 N，溢出的水全部流入小量筒中，排開水的體積為 ? ? mL，此時(shí)探頭所受的浮力為 ? ? N;

③探頭從丁圖位置不斷緩慢往下放（細(xì)線足夠長(zhǎng)），排開水的質(zhì)量 ? ? （選填“變大”“變小”或“不變”），彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)會(huì) ? ? （選填字母）。

A. 一直變大? B. 先不變后變小? C. 先變大后變小? D. 先變小后變大

解析：本題借助透明材質(zhì)做的探頭來探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)規(guī)律和探究浮力大小影響因素，滲透了轉(zhuǎn)換法和控制變量法的思想。

（1）在探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)規(guī)律時(shí)，緊密蒙在探頭下端的橡皮膜形變程度越大，說明它所受的液體壓強(qiáng)越大，這是轉(zhuǎn)換法的思想。

（2）比較圖2中甲和乙，乙圖中橡皮膜凹陷程度比甲圖橡皮膜大，說明乙圖中探頭受到水的壓強(qiáng)比甲圖大，由此可得出：在同種液體中，液體內(nèi)部壓強(qiáng)隨深度的增加而增大。

（3）比較甲圖和丙圖，鹽水密度大于水密度，在探頭浸入液體深度相同時(shí)，丙圖中橡皮膜凹陷程度比甲圖橡皮膜大，說明液體內(nèi)部壓強(qiáng)還與液體密度有關(guān)。

（4）再利用原裝置探究浮力大小影響因素，即探究浮力大小與排開液體重力的關(guān)系。

①在丁圖溢水杯中注水，直到溢水杯中的水面恰好與溢水口相平;

②用細(xì)線懸掛在彈簧測(cè)力計(jì)下的探頭剛好浸沒時(shí)，F(xiàn)拉 = 0.4 N，溢出的水全部流入小量筒中，[V排=20 mL=20 cm3]，根據(jù)[F浮=G排液=ρ液gV排]可知：[F浮=ρ液gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×20×10-6 m3=0.2 N];

③當(dāng)探頭從丁圖位置不斷緩慢往下放時(shí)，由于探頭受到的壓強(qiáng)逐漸增大，橡皮膜向里凹陷程度變大，受到浮力逐漸變小，根據(jù)F浮=G - F示可知，拉力逐漸變大，當(dāng)探頭接觸到溢水杯底部且有壓力之后，探頭還受到杯底向上的支持力，根據(jù)平衡力知識(shí)可知，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)會(huì)變小，因此，整個(gè)過程中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)會(huì)先變大后變小。

答案：（1）大 （2）乙 （3）密度 （4）①相平 ②0.4 20 0.2 ③變小 C

小結(jié)：以本題中探究浮力大小影響因素為例，測(cè)量浮力的方法較多，如稱重法、阿基米德原理法、公式法等。這些方法不僅可以測(cè)量浮力，還可以測(cè)量物體密度，如稱重法測(cè)物體密度、利用物體浮沉條件測(cè)物體密度等。

拓展練習(xí)

1.小明有一金屬塊，他想知道該金屬塊的密度，于是將金屬塊浸沒在水中，如圖3中甲所示，在將金屬塊緩緩從水中豎直提出來的過程中，畫出了測(cè)力計(jì)拉力F隨提起高度h變化的圖象，如圖3中乙所示。則該金屬塊的密度約為（ ）。

A. 2.7 × 103 kg/m3

B. 3.1 × 103 kg/m3

C. 3.5 × 103 kg/m3

D. 4.4 × 103 kg/m3

2.如圖4所示，把一木塊放入水中，靜止時(shí)木塊有[35]的體積浸入水中，木塊的密度為 kg/m3。

答案：1.C 2. 0.6 × 103