Question

實驗桌上有滿足實驗需要的如下器材：天平（含砝碼）、容器內裝有適量的水的燒杯、輕細線、鐵架臺、底面積為S且側面有刻度的圓柱體金屬塊（其上表面有可拴細線的小孔）。請你利用上述器材設計一個實驗證明：物體沒入水中之前，下表面受到水向上的壓強與它浸在水中的深度成正比。請寫出實驗步驟，畫出實驗數據記錄表。

Answer 1

實驗步驟：
（1）調節天平，把裝水的燒杯放到天平的左托盤上，測量燒杯和水的總質量m₁并記入數據表格；
（2）用細線系住金屬塊，把細線的另一端固定在鐵架臺的橫桿上，讓金屬塊部分體積浸入到天平左托盤上燒杯的水中（金屬塊不與燒杯底部接觸），增加砝碼或移動游碼，天平平衡，記錄天平的讀數m₂和金屬塊下表面在水中的深度h到數據表格；
（3）改變金屬浸在水中的深度，仿照步驟（2）操作5次。
（4）將金屬塊的底面積S記錄到數據表格，利用計算6次金屬下表面的壓強p并記錄到數據表格。
實驗數據記錄表：

m1/kg
m2/kg
h/m
S/m2
p/Pa

 

試題分析：燒杯和水的總重力等于它們對天平托盤的壓力，所以F=G=mg， 如甲圖所示；放入圓柱體后，托盤受到的壓力增大，增大的壓力等于圓柱體對水的壓力，根據“物體間力的作用是相互的”可知，圓柱體對水的壓力等于水對圓柱體的壓力，即浮力，所以F₂=F₁+F_浮，則F_浮=F₂-F₁=m₂g-m₁g，由上面分析可得，水對圓柱體下表面的壓力等于浮力，F=F_浮= m₂g-m₁g，