探究长方体泡沫塑料A的浮力实验

科技小组的同学在物理实验室里，围绕长方体泡沫塑料A的浮力特性展开实验。实验目的是验证阿基米德原理——物体所受浮力等于其排开液体的重力，同时观察泡沫塑料在不同受力情况下的浮沉状态。

实验器材包括：长方体泡沫塑料A长10cm、宽5cm、高3cm，质量约20g、三脚架、溢水杯、弹簧测力计量程0~5N、量筒量程0~100mL、空烧杯、水、不同质量的钩码5g、10g、20g。

首先，用弹簧测力计竖直悬挂泡沫塑料A，静止时读数为0.2N，即其重力G=0.2N。将三脚架置于水平桌面，溢水杯固定在三脚架上，装满水，杯口下方放置空烧杯承接溢出的水。小心将泡沫塑料A轻放入溢水杯，观察到它漂浮在水面，有部分体积露出。待溢水停止后，将烧杯中收集的水倒入量筒，测得体积为20mL，计算溢出水的重力G排=ρ水gV排=1.0×10³kg/m³×10N/kg×20×10⁻⁶m³=0.2N。此时泡沫塑料A所受浮力F浮=G=0.2N，恰好等于G排，初步验证了漂浮物体的浮力特性。

接着，在泡沫塑料A上放置5g钩码，总重力G总=0.2N+0.05kg×10N/kg=0.7N。泡沫塑料A浸入水中的体积增大，溢出水量增多。量筒测得溢出水体积为70mL，G排=1.0×10³kg/m³×10N/kg×70×10⁻⁶m³=0.7N，F浮=G总=0.7N，与G排相等。继续添加10g钩码，总重力G总=0.2N+0.15kg×10N/kg=1.7N，溢出水体积170mL，G排=1.7N，F浮仍等于G总。当添加20g钩码后，总重力G总=0.2N+0.35kg×10N/kg=3.7N，泡沫塑料A全浸没，溢出水体积为10cm×5cm×3cm=150cm³=150mL，G排=1.5N，此时F浮=1.5N＜G总，泡沫塑料A下沉至杯底。

实验现象表明：当泡沫塑料A漂浮或悬浮时，所受浮力等于排开液体的重力；当重力大于最大浮力全浸没时的浮力，物体下沉。这一过程直观验证了阿基米德原理在不同浮沉状态下的适用性，也让小组同学更清晰地理了浮力大小与排开液体体积的关系。