版块10 浮力 专题10-7　浮力相关实验 （教师版） 初中物理尖子生自主招生培优讲义83讲

专题10-7 浮力相关实验 知识· 解读 探究浮力大小的实验一般有两类：一是探究影响浮力大小的因素，二是验证阿基米德原理 的实验。 一、根据称重法 测量浮力； 二、采用控制变量法探究影响浮力大小的因素； 三、会设计实验验证阿基米德原理。 典例· 解读 例1、小冉在探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验中，用到如下器材：分度值为01 的弹簧测力计，底面积为5 m2、高度为6 m 的实心圆柱体铜块，相同的大烧杯若干， 水，密度未知的某种液体，细线等。 (1)小冉进行了如图所示的实验：步骤所示弹簧测力计的示数为_________；用弹簧测力计 挂着铜块缓慢地浸入液体中不同深度，步骤如图B、、D、E、F 所示(液体均未溢出)， 并将其示数记录在下表中： 弹簧测力计示数/ 26 25 24 24 23 (2)在实验步骤B 中铜块所受浮力F 浮=_________。 (3)分析实验步骤、B、、D，可以说明浮力大小跟__________________有关；分析实验步 骤、E、F，可以说明浮力大小跟_________有关。 (4)小冉用表格中的数据算出了某种液体的密度是________________kg/m3(结果保留一位 小数)，还算出了步骤B 中铜块下表面受到水的压强是_________P，并发现步骤B、、 第 1 页 / 共 12 页 D 中铜块下表面受到水的压强随着深度的增加逐渐_________ (选填“增大”或“减 小”)。 (5)小冉在步骤B 的基础上继续探究：保持铜块下表面所处的位置不变，把弹簧测力计的拉 环固定在铁架台上，缓慢向烧杯内加水，发现弹簧测力计的示数逐渐_________ (选填 “增大”或“减小”)；当所加水使铜块刚好浸没时(水未溢出)，烧杯底部受到水的压 强增加了 P。(已知在一定范围内，弹簧受到的拉力每减少01 ，弹簧的长 度就缩短01 m) 第 2 页 / 共 12 页 【答】(1)27 (2)01 (3)排开液体的体积 液体的密度 (4)13×103 200 增大 (5)减小 420． 【解析】本题考查探究浮力大小的实验。 (1)测力计的分度值为01 ，由指针位置可知，步骤所示弹簧测力计的示数为27 。 (2)由表格数据可知，在实验步骤B 中拉力为26 ，则步骤B 中铜块所受浮力F 浮=G-F 拉=27 -26 =01 ； (3)由、B、、D 所示实验可知物体排开液体的体积越大，物体受到的浮力越大，由此可 知：浸在同种液体中的物体所受浮力大小跟物体排开液体的体积有关。由、E、F 实验可 知，物体排开液体体积相同而液体密度不同，物体受到的浮力不同，这说明物体排开相同体 积的液体时，所受浮力大小跟液体密度有关。 (4)V=5 m2×6 m=30 m3=3×10-5m3，浸没时，V 排=V， 在F 图中，F 浮′=27 -23 =04 ， 由F 浮′=ρ 液gV 排可得：ρ 液= = ≈13×103kg/m3； 由浮力产生的原因可知，步骤B 中铜块下表面受到水的压力F=F 浮′=01 。 下表面受到水的压强p= = =200 P， 由B、、D 中数据可知，F 拉逐渐减小，根据F 浮=G-F 拉可知，浮力增大，即下表面受到水的 压 力增大，受力面积不变，由p= 可知，p 逐渐增大，即铜块下表面受到水的压强随着深度的 增加逐渐增大。 (5)缓慢向烧杯内加水，排开水的体积增大，则浮力变大，根据F 浮=G-F 拉可知，弹簧测力计 的示数逐渐减小； 由F 浮=ρ 水gV′排可得： V′排= = =1×10-5m3， 此时铜块浸入水的深度： 第 3 页 / 共 12 页 因此当所加水使铜块刚好浸没时(水未溢出)，此时拉力减小03 -01 =02 ，则弹簧的长 度缩短02 m=0002 m，因此应该倒入的水的高度Δ=6 m-2 m+02 m=42 m 因此烧杯底部受到水的压强增加值Δp=ρ 水gΔ=10×103kg/m3×10 /kg×42×10-2m=420 P 例2、小强为了“探究浮力的大小跟排开的液体所受 重力的关系”，做了如下的实验：(弹簧测力计 每小格示数为05 ) (1)请在图中画出被测物体所受力的示意图。 (2)你认为更为合理的实验顺序是________________ ___________。 (3)通过实验你得到的结论是：浸在液体中的物体， 所受浮力的大小等于__________________。 (4)请你根据小强在实验中获得的数据，计算物体的体积是_________m3；你认为通过本实 验获得的数据_________ (选填“能”或“不能”)计算出此物体的密度。 (5)请你指出实验中的注意事项(说出一条即可)。___________________________。 【答】(1)如图 (2)DB 或DB (3)物体排开液体所受到的重力 (4)1×10-4 能 (5)物体要缓慢浸入水中，弹簧测力计要尽量竖直，弹簧测力计要调零等，合理即可． 【解析】此题是探究阿基米德原理的实验，要注意步骤的排列和计算等问题。 (1)在图中，由于没有浸入水中，所以它只受重力和拉力两个力的作用，并且属于平衡力。 (2)排列实验顺序时，一定要注意不能最后测量空桶的重力，因此排列顺序为DB 或DB。 (3)通过实验发现，浸在液体中的物体，所受浮力的大小等于物体排开液体所受到的重力。 (4)通过实验发现小桶的重力G0=05 ，排开水和桶的总重力G=15 ，因此排开水的重力 G 排=G-G0=1 ，因此排开水的质量m 排=01 kg，则排开水的体积V 排=1×10-4m3，由于浸 没， 排开水的体积等于物体的体积，根据密度公式ρ= 即可求得密度。 (5)实验中，注意弹簧测力计的使用注意事项(比如：调零、要竖直拉着物体等)、物体要缓慢 第 4 页 / 共 12 页 培优· 训练 一、选择题 1、小英同学在探究“浮力的大小等于什么”时，做了如图所示的实验，四步实验中弹簧 测力计的示数F1、F2、F3、F4，下列等式正确的是( ) F 浮=F2-F3 BF 浮=F4-F3 F 浮=F2-F1 DF 浮=F2-F4 二、填空题 1、某同学利用一只弹簧测力计和装有适量水的杯子，测出了一颗小石块的密度。测量方 法如下： (1)用细线将小石块拴好，用弹簧测力计测出它的重力，记为G； (2)再将小石块浸没在水中，用弹簧测力计测出石块受到的拉力，记为F； 利用测出的物理量可得：小石块在水中受到的浮力是_________，小石块的密度ρ＝ _________ (水的密度用ρ 水表示)。 2、小明同学在探究影响浮力大小的因素时，做了如图所示的实验。请你根据小明的实验 探究回答下列问题。 (1)在与E 两图中，保持了排开液体的体积不变，研究浮力与_______________的关系； 根据与E 两图所标的实验数据，可知物体浸没在盐水中所受的浮力为________。 (2)小明对BD 四个步骤进行了观察研究，发现浮力的大小有时与深度有关，有时与深 第 5 页 / 共 12 页 度又无关。 (3) 在小明实验的基础上，根据有关实验数据，可以计算出盐水的密度为 ________kg/m3。 3、某实验小组利用弹簧测力计、小石块、溢水杯等器材，按照如图所示的步骤，探究浮 力的大小与排开液体所受重力的关系． (1)先用弹簧测力计分别测出空桶和石块的重力，其中石块的重力大小为________ (2)把石块浸没在盛满水的溢水杯中，石块受到的浮力大小为________石块排开的水所受的 重力可由________(填字母代号)两个步骤测出． (3)由以上步骤可初步得出结论：浸在水中的物体所受浮力的大小等于__________________ __． (4)为了得到更普遍的结论，下列继续进行的操作中不合理的是________． 用原来的方和器材多次测量取平均值 B 用原来的方将水换成酒精进行实验 用原来的方将石块换成体积与其不同的铁块进行实验 (5)另一实验小组在步骤的操作中，只将石块的一部分浸在水中，其他步骤操作正确，则__ ______(选填“能”或“不能”)得到与(3)相同的结论． 4、芳芳进行探究鸡蛋受到浮力大小与哪些因素有关。如图，请仔细观察图，并回答下列 问题： (1)从、B 两图可知，鸡蛋在水中受到的浮力是_ _______ 。 第 6 页 / 共 12 页 (2)根据B、两图实验，芳芳就得出了鸡蛋受到的浮力大小与液体的密度有关。你认为这种 探究方法对吗？_ _______ (选填“对”或“不对”)，如果不对，理由是_ _______ _ _______ _ _______ _ _______ 。 5、八年级6 班的同学用如图所示的实验装置探究“浮力的大小与物体排开液体的体积的 关系”，实验中物体排开液体的体积，可由物体上的刻度线显示出来。小刚通过实验 得到了表一中的实验数据。 表 一 (1)分析表一中的 实验数据，小刚得出的实验结 论是______________________________________-。 (2)小刚在和小强进行交流时发现，小强虽然和自己得出了相同的实验结论，但实验中使用 的液体和记录的实验数据并不完全一样。表二为小强记录的实验数据。 表 二 1 1×10 3 4 2 16 04 2 5 2 15 05 3 6 2 14 06 他们在对两人的实验数据进行综合分析后，发现：浮力的大小除了与排开液体的体积 有关外，还与___________有关。 (3)在对比两人数据时他们还发现，即使在不同液体中，物体也能受到一样大的浮力。而且 浮力大小相等时，酒精的密度小，排开酒精的体积就大；水的密度大，排开水的体积 就小。受此启发，小强提出了关于浮力大小的一个新的猜想：浮力的大小可能跟_____ ______相等。 第 7 页 / 共 12 页 1 08×103 4 0 2 17 03 2 5 0 2 16 04 3 6 0 2 15 05 (4)于是，两人又用如图所示的装置进行 了多次实验，发现每次实验中弹簧测 力计的四个读数F1、F2、F3、F4之间 都满足关系式___________，由此验 证了小强新的猜想是正确的。实验后 发现他们得到的实验结论和阿基米德 原理是一致的。 (5)阿基米德原理作为浮力的普遍规律，表一、表二中的实验数据都应符合这一实验结论。 小刚却发现表一中1、3 两次数据与这一实验结论并不相符。他与小强仔细分析后认 为，这是由于实验中测量存在误差引起的。请写出一个引起测量误差的具体原因： 。 第 8 页 / 共 12 页 专题10-7 浮力相关实验 例1、【答】(1)27 (2)01 (3)排开液体的体积 液体的密度 (4)13×103 200 增大 (5)减小 420． 【解析】本题考查探究浮力大小的实验。 (1)测力计的分度值为01 ，由指针位置可知，步骤所示弹簧测力计的示数为27 。 (2)由表格数据可知，在实验步骤B 中拉力为26 ，则步骤B 中铜块所受浮力F 浮=G-F 拉 =27 -26 =01 ； (3)由、B、、D 所示实验可知物体排开液体的体积越大，物体受到的浮力越大，由此可 知：浸在同种液体中的物体所受浮力大小跟物体排开液体的体积有关。由、E、F 实验可 知，物体排开液体体积相同而液体密度不同，物体受到的浮力不同，这说明物体排开相同 体 积的液体时，所受浮力大小跟液体密度有关。 (4)V=5 m2×6 m=30 m3=3×10-5m3，浸没时，V 排=V， 在F 图中，F 浮′=27 -23 =04 ， 由F 浮′=ρ 液gV 排可得：ρ 液= = ≈13×103kg/m3； 由浮力产生的原因可知，步骤B 中铜块下表面受到水的压力F=F 浮′=01 。 下表面受到水的压强p= = =200 P， 由B、、D 中数据可知，F 拉逐渐减小，根据F 浮=G-F 拉可知，浮力增大，即下表面受到水 的压 力增大，受力面积不变，由p= 可知，p 逐渐增大，即铜块下表面受到水的压强随着深度 的 增加逐渐增大。 (5)缓慢向烧杯内加水，排开水的体积增大，则浮力变大，根据F 浮=G-F 拉可知，弹簧测力 计 的示数逐渐减小； 由F 浮=ρ 水gV′排可得： 第 9 页 / 共 12 页 V′排= = =1×10-5m3， 此时铜块浸入水的深度： 1′= = =002 m=2 m， 故当圆柱体完全浸没时，浸没深度=6 m，故受到的浮力F 浮″= ×F 浮′= ×01 =03 ，由于在一定范围内，弹簧受到的拉力每减少01 ，弹簧的长度就缩短01 m， 因此当所加水使铜块刚好浸没时(水未溢出)，此时拉力减小03 -01 =02 ，则弹簧的长 度缩短02 m=0002 m，因此应该倒入的水的高度Δ=6 m-2 m+02 m=42 m 因此烧杯底部受到水的压强增加值Δp=ρ 水gΔ=10×103kg/m3×10 /kg×42×10- 2m=420 P 例2、【答】(1)如图 (2)DB 或DB (3)物体排开液体所受到的重力 (4)1×10-4 能 (5)物体要缓慢浸入水中，弹簧测力计要尽量竖直，弹簧测力计要调零等，合理即可． 【解析】此题是探究阿基米德原理的实验，要注意步骤的排列和计算等问题。 (1)在图中，由于没有浸入水中，所以它只受重力和拉力两个力的作用，并且属于平衡力。 (2)排列实验顺序时，一定要注意不能最后测量空桶的重力，因此排列顺序为DB 或DB。 (3)通过实验发现，浸在液体中的物体，所受浮力的大小等于物体排开液体所受到的重力。 (4)通过实验发现小桶的重力G0=05 ，排开水和桶的总重力G=15 ，因此排开水的重力 G 排=G-G0=1 ，因此排开水的质量m 排=01 kg，则排开水的体积V 排=1×10-4m3，由于 浸没， 排开水的体积等于物体的体积，根据密度公式ρ= 即可求得密度。 (5)实验中，注意弹簧测力计的使用注意事项(比如：调零、要竖直拉着物体等)、物体要缓 慢 浸入水中。 第 10 页 / 共 12 页 培优· 训练 一、选择题 1、 【解析】根据称重法可知，浮力等于物体在浸入液体前后的弹簧测力计示数之差，所以F 浮 =F2-F3；根据浸在液体中的物体受到向上的浮力作用，浮力大小等于物体排开液体受到的重 力。所以F 浮=F4-F1。故选。 二、填空题 1、G－F __ρ 水 2、（1）液体密度__24__（3）_12×10 3 __ 3、(1)38 (2)14 D (3)它排开的水所受的重力 (4) (5)能 【解析】(1)由图B 可知，弹簧测力计的分度值为02 ，石块的重力为38 ；(2)由图可知 石块浸没在水中时弹簧测力计的读数为24 ，则石块受到的浮力F 浮＝G－F＝38 －24 ＝ 14 ，图测量的是空桶的重力，图D 测量的是桶与排开水的总重力，因此根据这两步可以 求出排开水的重力；(3)物体排开水的重力为26 －12 ＝14 ，根据计算结果可知，石块受 到的浮力等于石块排开水的重力；(4)为了得到普遍的结论，应该更换不同的液体或者更换 不同的物体进行实验，不能用相同的实验器材多次测量求平均值，求平均值是为了减小测 量浮力的误差，不能得到普遍性的结论；(5)将石块一部分浸入水中，其他条件不变，仍然 可以得到相同的结论． 4、 (1)05 (2)不对 没有控制鸡蛋排开液体的体积不变 【解析】本题考查浮力大小探究实验。根据称重法计算鸡蛋在水中受到的浮力：F 浮=G- F=06 -01 =05 。因为浮力大小与液体密度和物体排开液体的体积两个因素有关，所以研究浮 力与液体密度有关时，必须控制物体排开的液体体积不变，该实验中同时改变了物体排开 液体的体积和液体密度，所以该实验不正确。 5、(1)在同一种液体中，物体排开液体的体积越大，受到的浮力越大 (2)液体的密度 (3)物体排开液体的重力的大小 (4)F1-F3=F4-F2 (5)①弹簧测力计估读造成的误差；②由刻度线显示排开液体的体积造成的误 差(任选其一) 【解析】本题考查浮力知识的实验探究。(1)分析表一中的数据可以看出，在同种液体中， 物体排开液体的体积越大，物体所受到的浮力就越大。(2)通过分析表一和表二中的数据还 可以发现，浮力大小不仅跟排开液体的体积有关，而且还跟液体的密度有关。(3)进一步分 第 11 页 / 共 12 页 析两组数据，可以发现浮力相等的情形中液体密度大的时候排开液体的体积就小，液体密 度小的时候排开液体的体积就大，由此可以猜想浮力的大小可能等于物体排开液体受到的 重力。(4)题图中F1-F3为物体所受浮力的大小，F4-F2为物体排开液体的重力，它们相等时说 明小强新的猜想是正确的。(5)造成测量误差的原因很多，比如来自弹簧测力计读数方面的， 来自物体排开液体体积的读数时视线的位置方面的等。 第 12 页 / 共 12 页