Question

5．A、B兩組同學(xué)通過實驗探究漂浮在液面的實心圓柱體在被壓入液體的過程中，圓柱體上表面受到的壓力大小與什么因素有關(guān)．如圖所示，實驗時他們讓高為0.3米的圓柱體先后漂浮在甲、乙兩種液體中（已知ρ_甲＞ρ_乙），并在圓柱體上表面施加壓力F以改變圓柱體的下表面到液面的距離h，同時利用力傳感器測得壓力F的大小，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)如表一、表二所示．
表一（甲液體密度為ρ_甲）

實驗序號	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
h（米）	0.18	0.20	0.22	0.24	0.26	0.28	0.30	0.32	0.33	0.33
F（牛）	0	0.60	1.20	1.80	2.40	3.00	3.60	3.60	3.60	4.50

表二（乙液體密度為ρ_乙）

實驗序號	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
h（米）	0.20	0.22	0.24	0.26	0.28	0.30	0.32	0.34	0.36	0.36
F（牛）	0	0.54	1.08	1.62	2.16	2.70	2.70	2.70	2.70	3.90

（1）分析比較實驗序號2、3、4、5、6與7或12、13、14、15與16數(shù)據(jù)中圓柱體的下表面到液面的距離h和上表面受到的壓力F的關(guān)系及相關(guān)條件，可得出的初步結(jié)論是：漂浮在同種液體中的同一實心圓柱體，在被壓入液體的過程中，圓柱體下表面到液面的距離越大，圓柱體上表面受到的壓力越大．
（2）分析比較實驗序號3與12或4與13或5與14或6與15或7與16等數(shù)據(jù)中圓柱體的下表面到液面的距離h和上表面受到的壓力F的關(guān)系及相關(guān)條件，可得出的初步結(jié)論是：漂浮在不同液面的實心圓柱體在被壓入液體的過程中，當(dāng)圓柱體的下表面到液面的距離h相同時，液體密度越大，圓柱體上表面受到的壓力F越大．
（3）繼續(xù)分析表格中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)圓柱體處于浸沒或剛剛觸底時，圓柱體上表面受到的壓力F不隨h的變化而變化．
（4）實驗序號10或20數(shù)據(jù)中壓力F變大的原因可能是圓柱體下表面受到了容器底向上的支持力．根據(jù)所學(xué)的知識，B小組同學(xué)又設(shè)計了替代力傳感器測量壓力F的方案：他們將質(zhì)量已知的硬幣放在圓柱體上表面，通過改變硬幣的數(shù)量來改變h的大小，然后將所放硬幣的重力大小作為壓力的大小記錄在表格中并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析．你認(rèn)為B小組同學(xué)的探究方案有何不妥之處：沒有考慮到硬幣在液體中受到浮力作用的影響．

Answer 1

分析 （1）（2）應(yīng)用控制變量法分析表中實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗控制的變量與實驗現(xiàn)象進(jìn)行分析，然后得出實驗結(jié)論；
（3）結(jié)合圓柱體的高度和表格中圓柱體的下表面到液面的距離h的關(guān)系，以及表格中壓力F的變化，得出結(jié)論；
（4）結(jié)合實驗序號10或20數(shù)據(jù)中圓柱體的下表面到液面的距離h的變化，直接判斷出壓力F變大的原因；硬幣浸沒在水中受到浮力作用，硬幣的重力大于對圓柱體的壓力，據(jù)此分析．

解答 解：（1）分析比較實驗序號2、3、4、5、6與7（或12、13、14、15與16）等數(shù)據(jù)可知，同一個實心圓柱體在被壓入同一種液體的過程中，圓柱體下表面到液面的距離h越大，圓柱體上表面受到的壓力F越大；故可以得出結(jié)論：漂浮在同種液體中的同一實心圓柱體，在被壓入液體的過程中，圓柱體下表面到液面的距離越大，圓柱體上表面受到的壓力越大；
（2）運(yùn)用控制變量法探究圓柱體上表面受到的壓力F與液體密度的關(guān)系時，要使圓柱體的下表面到液面的距離h相同，液體的密度不同，所以選擇實驗序號3與12（或4與13、或5與14、或6與15、或7與16）等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出：漂浮在不同液面的實心圓柱體在被壓入液體的過程中，當(dāng)圓柱體的下表面到液面的距離h相同時，液體密度越大，圓柱體上表面受到的壓力F越大的結(jié)論．
（3）圓柱體的高度為0.3m，從表一中實驗序號7、8、9（或表二中實驗序號16、17、18、19）數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)圓柱體的下表面到液面的距離h=0.3m，即圓柱體處于浸沒至剛剛觸底時，圓柱體上表面受到的壓力F不隨h的變化而變化．
（4）比較實驗序號9、10數(shù)據(jù)（或?qū)嶒炐蛱?9、20）中圓柱體的下表面到液面的距離h不變，說明圓柱體下表面已經(jīng)接觸到容器底，實驗序號10（或20）數(shù)據(jù)中壓力變大的原因可能是圓柱體下表面受到了容器底向上的支持力；
物體浸沒液體中會受到浮力，B小組同學(xué)設(shè)計的方案中，若將所放硬幣的重力大小作為壓力的大小記錄在表格中并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，因硬幣受到浮力使記錄的數(shù)值比實際壓力的數(shù)值偏大，所以不足之處是沒有考慮到硬幣在液體中受到浮力作用的影響．
故答案為：
（1）漂浮在同種液體中的同一實心圓柱體，在被壓入液體的過程中，圓柱體下表面到液面的距離越大，圓柱體上表面受到的壓力越大．
（2）3與12或4與13或5與14或6與15或7與16；
（3）浸沒或剛剛觸底；
（4）圓柱體下表面受到了容器底向上的支持力；沒有考慮到硬幣在液體中受到浮力作用的影響．

點(diǎn)評 在分析實驗數(shù)據(jù)歸納實驗結(jié)論時，一定要明確實驗探究的目的，從目的出發(fā)有針對性地分析數(shù)據(jù)，尋找結(jié)論；本實驗中要關(guān)注的是圓柱體上表面受到的壓力與什么因素有關(guān)．本實驗的難點(diǎn)是對實驗數(shù)據(jù)的綜合分析，如何得出有價值的規(guī)律．