Question

如圖所示，在一個已經調平衡、有刻度的杠桿右側掛重力為G₀的鉤碼，鉤碼的位置B固定不動；左側掛重力未知的金屬圓柱體，懸掛點A的位置可以在杠桿上移動，細線長短可以調整，此時杠桿在水平位置平衡；量筒中盛有適量的水。要求利用上述實驗裝置和器材，探究“浸在水里的物體所受浮力大小與物體浸入水中的體積成正比”。
寫出主要實驗步驟，設計實驗數據記錄表。

Answer 1

實驗步驟：
（1）記錄杠桿平衡時OB的距離L₀，AO的距離L，鉤碼的重力G₀；水面對應的量筒的刻度V₀在表格中；（1分）
（2）把量筒移到圓柱體下方，調整細線長度，使部分圓柱體浸入水中，此時水面對應的量筒的刻度V₁，向左調整杠桿左側懸點位置至A₁，使杠桿在水平位置平衡，A₁O的距離L^’₁，并把L^’₁、V₁記錄在表格中；（1分）
（3）依次改變圓柱體浸入水中的體積，仿照步驟2，再做5次實驗，并將各次V₂、V₃、V₄、V₅、V₆和L^’₂、L^’₃、L^’₄、L^’₅、L^’₆記錄在表格中；（1分）
（4）根據，根據杠桿平衡條件G_圓柱體=；（1分），解得，計算出圓柱體所受F_浮1、F_浮2、F_浮3、F_浮4、F_浮5、F_浮6，并記錄在表格中。（1分）
（其他答案正確的，均可相應得分）
實驗數據記錄表（1分）

G0/N
V0/m3
V/m3
V排/m3
L0/m
L/m
L‘/m
F浮/N

 

試題分析：本實驗是用量筒測量排開水的體積，利用杠桿平衡的平衡條件求物體受到的浮力，進而得出浸在水里的物體所受浮力大小與物體浸入水中的體積的關系，需要測量的物理量：每次實驗杠桿兩邊力臂、排開水的體積（排水法測量），據此設計表格。
實驗步驟：
（1）記錄杠桿平衡時OB的距離L₀，AO的距離L，鉤碼的重力G₀；水面對應的量筒的刻度V₀在表格中；
（2）把量筒移到圓柱體下方，調整細線長度，使部分圓柱體浸入水中，此時水面對應的量筒的刻度V₁，向左調整杠桿左側懸點位置至A₁，使杠桿在水平位置平衡，A ₁O的距離L₁′，并把L₁′、V₁記錄在表格中；
（3）依次改變圓柱體浸入水中的體積，仿照步驟2，再做5次實驗，并將各次V₂、V₃、V₄、V₅、V₆和L₂′、L₃′、L₄′、L₅′、L₆′記錄在表格中；
（4）根據V_排=V﹣V₀，根據杠桿平衡條件G_圓柱體L=L₀G₀，（G_圓柱體﹣F_浮）L′=G₀L₀，解得F_浮=G₀，計算出圓柱體所受F_浮1、F_浮2、F_浮3、F_浮4、F_浮5、F_浮6，并記錄在表格中。
點評：本題要求學生有設計實驗的能力，弄清楚題意、知道實驗原理是本題的關鍵。