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题目:
【实验题】在某中学的物理实验室里,老师准备了一个长方形的玻璃缸(如右图所示),缸内装有适量的水,水中漂浮着一块木块。老师要求同学们通过实验来测量木块的密度。
【实验步骤】
1. 将木块轻轻放入玻璃缸中,用弹簧测力计测量木块受到的浮力F1;
2. 将弹簧测力计与木块一起轻轻放入水中,静止时弹簧测力计的示数为F2;
3. 将弹簧测力计与木块一起轻轻放入水中,将木块完全浸没在水中,待木块静止后,测量此时弹簧测力计的示数为F3;
【问题解决】
(1)请根据上述实验步骤,写出木块受到的浮力表达式:F1 = _______;
(2)同学们经过讨论认为,如果直接用弹簧测力计测量木块的体积,由于木块的吸水性,会导致测量结果偏大。请你设计一个实验方案,解决这个问题。
【实验方案】
①用调好的天平测出木块的质量m;
②将弹簧测力计与木块一起轻轻放入水中,待木块静止后,测量此时弹簧测力计的示数为F4;
③用细线系住木块,浸没在水中,测量细线的拉力T;
④利用上述数据计算木块的体积V = _______;
⑤根据密度公式求出木块的密度ρ木 = _______。
【分析】
(1)由题意可知,木块漂浮在水面上,根据漂浮条件可知:$F_{浮} = G_{物}$;即:$F_{1} = F_{2} + F_{浮}$;
(2)①根据称重法可知:$F_{浮} = G - F_{拉}$;即:$F_{浮} = mg - T$;所以:$V_{排} = \frac{F_{浮}}{\rho_{水}g}$;②由①可知:$V = V_{排} = \frac{F_{浮}}{\rho_{水}g}$;③由题意可知:$\rho_{水} > \rho_{木}$,所以:$F_{浮} > G$;即:$mg - T > ρ_{水}gV$;所以:$\rho_{木} = \frac{m}{V} = \frac{m}{\frac{F_{浮}}{\rho_{水}g}} < \frac{m}{F_{浮}}$。
【解答】
(1)$F_{2} + F_{浮}$
(2)$\frac{F_{浮}}{\rho_{水}g}$ ;$\frac{m}{F_{浮}}$