探究與測量并重

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。