第3节 水的浮力（探究浮力大小的实验） 同步练习（含答案）

2021-2022学年浙教版科学探究浮力大小的实验
一．选择题（共3小题）
1．如图实验中，能说明浮力与液体密度有关的一组实验是（　　）
A．①②③
B．①③④
C．①⑤⑦
D．①②⑥
2．某实验小组在探究“浮力大小跟排开液体重力的关系”时，做了如图所示的四次测量，下列有关说法正确的是（　　）
A．实验中石块必须浸没在水中
B．实验中溢水杯中的水能够溢出就好
C．用盐水代替清水，会导致测量结果偏大
D．用木块代替石块，也能得出正确的结论
3．如图，某同学做实验研究物体在水中所受浮力是否与深度有关，他将一块长方体金属块挂在弹簧测力计下，将金属块缓慢浸入水中（水足够深），记录金属块下表面所处的深度h和相应的弹簧测力计示数F，在金属块接触容器底之前，实验数据如下表，则（ρ酒精=0.8×103kg/m3）（　　）
h/cm
0
2
4
6
8
10
12
14
F/N
8.15
7.65
7.15
6.65
6.15
6.15
6.15
6.15
A．由上述实验数据可知金属块在水中所受浮力与金属块在水中的深度有关
B．当h是8cm时，金属块受到的浮力是6.15N
C．该金属块重2N
D．如果将该金属块完全浸没在酒精液体里，则它受到的浮力减小0.4N
　
二．填空题（共3小题）
4．为了探究浮力大小跟哪些因素有关，某兴趣小组的同学，用同一物体进行了如图所示的操作，并记下物体静止时弹簧测力计的示数，如图所示。该小组同学通过比较F1和F2的大小，得到“浮力大小与物体浸没的深度有关”的结论，产生错误的原因是　　。该组的小明同学根据测得的数据计算出物体的密度为　　kg/m3（已知）。
5．如图1所示，同一弹簧测力计挂着同一金属块，根据图中信息回答下列问题。
（1）由甲、丁两图可知金属块在图丁中受到的浮力是　　N。
（2）根据图1可知物体受到的浮力大小与　　有关。
（3）有人猜想：物体受到的浮力与物体的密度有关。请利用图2所示器材（铁块和铝块体积相同，大铁块的体积大于铁块体积），设计实验进行验证，简要写出你的操作方法。
6．小金用一个金属圆柱体、弹簧测力计和烧杯等器材来探究浮力的大小与哪些因素有关。实验结束后，小金绘制了弹簧测力计对金属圆柱体的拉力和金属圆柱体所受浮力随浸入水深度变化的曲线，如图所示。分析图象可知：
（1）曲线　　（选填“a”或“b”）描述的是浮力的变化情况；
（2）金属圆柱体的重力为　　N；
（3）金属圆柱体的密度为　　kg/m3。
三．实验探究题（共4小题）
7．某小组同学用如图所示装置，研究圆柱体在水中下降的过程中弹簧测力计示数和台秤示数的变化情况。他们使圆柱体在水中缓慢下降，将圆柱体下表面到水面的距离h、弹簧测力计的示数F1、台秤的示数F2记录在下表中。
实验序号
h（厘米）
F1（牛）
F2（牛）
1
1.0
7.7
10.3
2
2.0
7.4
10.6
3
3.0
7.1
10.9
4
4.0
6.8
11.2
5
5.0
6.5
11.5
6
6.0
6.5
11.5
①分析比较实验序号1～4的数据中F1、F2的变化情况及相关条件，可得出的初步结论是：圆柱体在浸入水的过程中，F1　　，F2　　；
②表中实验序号　　的数据表明，圆柱体在相应的位置已全部浸没在水中；
③表中两组数据间F1变化量的大小为△F1，相应的F2变化量的大小为△F2，分析比较实验序号1～6的数据，可得出的结论是：圆柱体在水中缓慢下降的过程中，△F1与△F2的关系是　　。当圆柱体处于实验序号6的位置时，所受浮力的大小为　　牛。
8．某物理兴趣小组在探究影响浮力大小因素的实验中将同一物体分别按如图所示的步骤进行实验：
（1）由A图可知物体所受重力为　　N，物体浸没在水中时，受到的浮力是　　N，浸没在盐水中时浮力是　　N。
（2）分析　　（填字母代号）三图可得出结论：浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关；分析
　　（填字母代号）三图可得出结论：金属块受到的浮力大小与其排开液体的体积有关。分析实验步骤A、D、E可知：浮力的大小还与　　有关。
（3）利用图示实验数据可知E图中盐水的密度是　　kg/m3。
（4）某同学根据生活中经验“铁块放入水中会下沉，同样铁块做成轮船却能漂浮在水中”提出浮力大小与物体形状有关，是否合理，并说明原因　　。
9．小明用弹簧测力计、圆柱体、两个相同的圆柱形容器，分别装有一定量的水和盐水，对浸在液体中的物体所受的浮力进行了探究，其装置和弹簧测力计示数如图所示。
（1）分析图甲、乙、丙，说明浮力的大小与　　有关。
（2）为了探究浮力大小与物体浸没在液体中的深度有无关系，可选用　　两图的装置来进行操作。
（3）圆柱体的重力是　　N，浸没在水中时受到的浮力是　　N。
（4）根据实验测出圆柱体的体积是　　m3，圆柱体的密度是　　kg/m3，盐水的密度是　　kg/m3。
（5）若图丙中容器底面积为100cm2，圆柱体浸没后水未溢出，则放入圆柱体后水对容器底部压强增加　　Pa。
10．某同学在“探究浮力大小与哪些因素有关”实验中，他猜想浮力大小与液体的密度、物体排开液体的体积和物体在液体中的深度有关。
（1）在“探究浮力大小与物体在液体中深度是否有关”实验中，用弹簧测力计将一铁块分别浸没在水中的不同深度，观察到：　　现象，从而得出浮力大小与物体在液体中的深度无关的结论。
（2）在探究“浮力大小与物体排开液体的体积是否有关”实验中，记录的实验信息如表：
实验次数
液体密度ρ
液体的深度h
物体排开液体的体积V排
物体的重力G/N
弹簧测力计的示数F示/N
物体受到的浮力F浮/N
1
相同
相同
小
10
9.2
0.8
2
中
8.4
1.6
3
大
7.5
2.5
①根据表中信息可得出的探究结论是：　　
②进一步分析数据，提取信息可以得出浮力大小与物体排开液体的体积的关系是：　　。
（3）在“探究浮力大小与液体密度的关系”时，三次实验现象如图所示。根据三次实验现象，并结合（2）中的结论，得出了该探究结论。请你简要说明他分析实验信息得出该探究结论的过程。
　
2021-2022学年浙教版科学探究浮力大小的实验
参考答案与试题解析
　
一．选择题（共3小题）
1．解：要探究浮力与液体密度的关系，需要控制排开液体的体积相同，液体的密度不同，图①⑤⑦、①③⑤、①③⑦都符合题意。
故选：C。
　
2．解：A、要探究阿基米德原理就要测出物体排开液体的重力，实验中石块不需要完全浸没在水中，故A错误；
B、根据阿基米德原理的内容可知：F浮=G排；若溢水杯的水没装满，则物体排开的水不能够全部溢出，造成测量的G排偏小，故B错误；
C、石块排出液体的重力大小跟排开液体的体积和液体密度有关，用盐水代替清水，不能确定测量结果偏大，因为还有排开液体的体积，故C错误；
D、由乙、丙两图可知，木块受到的浮力F浮=F3﹣F2，用木块代替石块，虽然不能完全浸没水中，但依然符合阿基米德原理，也能得出正确的结论，故D正确。
故选：D。
　
3．解：A、分析表格中的数据可知，当h为0到6cm时，金属块排开水的体积逐渐增大，因此，弹簧测力计的示数逐渐减小，而我们要研究金属块所受浮力与其浸没深度的关系，应选择在金属块完全浸没时，只改变深度的大小，故应比较6cm﹣14cm时弹簧测力计的示数。从表中可以看出，在这一过程中，深度增大，弹簧测力计的示数不变，即浮力不变，故二者是无关的，故A错误；
B、该金属块的重力就是表中h=0时，测力计示数F的大小，即G=8.15N．当h为8cm时，F=6.15N，∴浮力F浮=G﹣F拉=8.15N﹣6.15N=2N，即当h是8cm时，金属块受到的浮力是2N，故B错误；
C、由B分析可知，金属块的重力是8.15N，故C错误；
D、∵F浮=ρ水gV排，∴金属块的体积V=V排===2×10﹣4m3，金属块完全浸没在酒精中时受到的浮力F浮′=ρ酒精gV=0.8×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣4m3=1.6N，如果将该金属块完全浸没在酒精液体里，则它受到的浮力减小F浮﹣F浮′=2N﹣1.6N=0.4N，故D正确；
故选：D。
　
二．填空题（共3小题）
4．解：（1）探究浮力的大小与浸没深度的关系，控制的变量应该是排开水的体积和液体的密度，改变深度，选择图甲和乙，比较F1和F2的大小，得出结论，但是图乙中的物体接触了容器底，使得读数变小，产生了错误结论；
（2）物体浸没在水中时所受浮力：
F浮=G排=ρ水gV排=G﹣F拉=G﹣1.5N，①
物体在盐水中受到的浮力F浮′=ρ盐水gV排=G﹣F拉′=G﹣1.4N，②
由可得，物体的重力：
=，
代入数据，=，
解得，G=2N，
物体的密度：
ρ====×ρ水=×1×103kg/m3=4×103kg/m3。
故答案为：物体接触了容器底；4×103。
　
5．解：（1）根据称重法测浮力，金属块在图丁中受到的浮力为：
F浮=G﹣GC=4.8N﹣2.8N=2N；
（2）比较图乙、丙，排开液体的密度相同，而排开液体的体积不同，两图中，测力计示不同，根据称重法，可知金属块受到的浮力不同，故由实验数据可得到的结论是：浸在液体中的物体受到浮力的大小与排开液体的体积有关；
分析比较图丁、戊，排开液体的体积相同，而排开液体的密度不同，两图中，测力计示不同，根据称重法，可知金属块受到的浮力不同，故由实验数据可得到的结论是：浸在液体中的物体受到浮力的大小与液体密度有关；
（3）探究浮力大小是否与物体的密度有关，只改变物体的密度，要控制排开液体的体积和排开液体的密度相同，因此选择体积相同的铁块和铝块；
①用弹簧测力计分别测出铁块和铝块的重力G1和G2，
②用弹簧测力计分别拉着铁块和铝块浸没在水中，读出弹簧测力计的示数分别为F1、F2；比较G1﹣F1与G2﹣F2的大小即可。
故答案为：（1）2；（2）液体密度、物体排开液体体积；（3）①用弹簧测力计分别测出铁块和铝块的重力G1和G2，
②用弹簧测力计分别拉着铁块和铝块浸没在水中，读出弹簧测力计的示数分别为F1、F2；比较G1﹣F1与G2﹣F2的大小即可。
　
6．解：（1）因为在物体全部浸没前，物体进入到液体中的深度越深。排开液体的体积越大，浮力越大；物体全部浸没后，排开液体的体积不变，根据F浮=ρgV排可知，浮力不再变化；所以图象a符合金属圆柱体所受浮力和浸入深度的关系；
（2）由图象a可知，圆柱体完全浸没后，圆柱体受的浮力为F浮=2.0N，
由图象b可知，圆柱体在空气中时，弹簧测力计的拉力为F拉=5.4N，
由F浮=ρ水gV排得物体的体积：
V=V排===2×10﹣4m3，
由G=mg=ρgV得物体的密度：
ρ物===2.7×103kg/m3；
故答案为：（1）a；（2）5.4；（3）2.7×103。
　
三．实验探究题（共4小题）
7．解：①分析比较表中实验序号1～4的数据可知，随着圆柱体下降的深度越深，弹簧测力计的示数F1越来越小，台秤的示数F2越来越大，因此可得初步结论：圆柱体在浸入水的过程中，F1减小，F2增大。
②由表可以看出，在序号5、6两次实验中，弹簧测力计的示数F1不变、台秤的示数F2也不变，说明圆柱体受到的浮力不变，根据F浮=ρ液gV排可知，物体排开水的体积不变，则说明物体已全部浸没在水中。
③由表中的实验数据可得，任意两次实验中F1的减小量等于对应F2的增加量，在5、6两次实验中F1没有发生改变，F2也没有发生改变，因此可得出的结论是：圆柱体在水中缓慢下降的过程中，△F1=△F2。
取序号3、4两次实验，可得弹簧测力计F1的变化量为△F1=7.1N﹣6.8N=0.3N
则可得圆柱体在这两次实验中受到浮力的变化量为△F浮=△F1=0.3N
圆柱体的底面积为S，圆柱体下降的深度变化量为△h=4.0cm﹣3.0cm=1cm=0.01m
由阿基米德原理可得：
△F浮=ρ液g△V排=ρ液gS△h=1.0×103kg/m3×10N/kg×S×0.01m=0.3N，
解得：S=0.003m2；
由表格可知，当物体下降的深度为5cm时，物体已经完全浸没在水中，则有V排=V=Sh
圆柱体所受到的浮力为：
F浮=ρ液gV排=ρ液gSh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.003m2×0.05m=1.5N，
此时物体继续下降，但是受到的浮力不变，因此当圆柱体处于实验序号6的位置时，圆柱体受到的浮力为1.5N。
故答案为：①减小；增大；
②5、6；③△F1=△F2；1.5。
　
8．解：（1）由图知，弹簧测力计的分度值为0.1N，示数为2.7N，即G=2.7；
物体完全浸没在水中受到的浮力：F浮=G﹣F=2.7N﹣1.7N=1；
浸没在盐水中受到的浮力F浮′=G﹣F′=2.7N﹣1.5N=1.2N。
（2）①分析A、C、D图可知，物体浸没在液体中的深度不同，弹簧测力计示数相同，说明物体浸没在同种液体中，所受浮力大小跟浸入液体的深度无关。
②分析A、B、C图可知，物体排开水的体积不同，弹簧测力计的示数不同，说明浸在同一液体中的物体所受浮力大小跟物体排开液体的体积有关。
③分析D、E图可知，物体排开液体的体积相同，液体的密度不同，弹簧测力计的示数不同，说明物体排开相同体积的液体时，所受浮力大小跟被浸入液体的密度有关。
（3）由阿基米德原理得：V排=，
在D、E两图中物体排开液体的体积相等，即：V排水=V排盐，=，
盐水的密度：ρ盐水=?ρ水=×1×103kg/m3=1.2×103kg/m3；
（4）不合理，探究浮力大小是否与物体形状是否有关时，要控制其他因素相同；铁块形状改变之后它放到水中时排开水的体积不同，导致浮力大小不同。
故答案为：（1）2.7；1；1.2；
（2）A、C、D；
A、B、C；液体的密度；
（3）1.2×103；
（4）不合理，因为铁块形状改变之后它放到水中时排开水的体积不同，导致浮力大小不同。
　
9．解：（1）由图甲、乙、丙所示实验可知，物体排开液体的密度相同而排开液体的体积不同，物体受到的浮力不同，由此可知，浮力大小与物体排开液体的体积有关；
（2）探究浮力与物体浸入液体深度的关系，应控制液体密度与物体排开液体的体积相同而物体浸没在液体中的深度不同，由图示实验可知，图丙、丁所示实验中物体排开液体的密度、物体排开液体的体积相同而物体浸没在液体中的深度不同，可以选用图丙、丁所示实验探究浮力大小与物体浸没在液体中的深度有无关系；
（3）由图甲知物体的重力为5N，由图丙知物体完全浸入水中时弹簧测力计的示数为1N，圆柱体浸没在水中时受到的浮力：F浮=G﹣F=5N﹣1N=4N；
（4）由F浮=ρ水gV排可知，
圆柱体的体积：V=V排===4×10﹣4m3；
由G=mg=ρVg得：
圆柱体密度：
ρ====1.25×103kg/m3；
圆柱体浸没在盐水中时受到的浮力是：F′浮=G﹣F′示=5N﹣0.6N=4.4N，
根据阿基米德原理：F浮=ρ液gV排得，
盐水的密度为：
ρ盐水===1.1×103kg/m3；
（5）由V=Sh得，
水增加的深度为：△h===0.04m，
放入圆柱体后水对容器底部增加的压强为：
△p=ρg△h=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.04m=400Pa。
故答案为：（1）物体排开液体的体积；（2）丙、丁；（3）5；4；（4）4×10﹣4；1.25×103；1.1×103；（5）400。
　
10．解：（1）用弹簧测力计将一铁块分别浸没在水中的不同深度，若此时弹簧测力计示数相同，根据称重法可知，其浮力是相同的，即浮力大小与深度无关；
（2）①根据表格中的数据可知，液体的密度相同时，物体排开液体的体积不同，受到的浮力不同，即浮力大小与排开液体体积有关；
②进一步分析可知，液体密度和浸在液体中深度一定时，物体排开液体体积越大，浮力越大；
（3）因为当液体密度一定时，物体排开液体的体积越大，浮力越大。若减小物体在煤油中排开液体的体积，增大在盐水中排开液体的体积，使三者排开液体的体积相同，则在煤油中受到的浮力最小，在盐水中受到的浮力最大，从而得出结论。
故答案为：（1）弹簧测力计的示数相同；（2）①浮力大小与排开液体体积有关；②液体密度和浸在液体中深度一定时，物体排开液体体积越大，浮力越大；（3）因为当液体密度一定时，物体排开液体的体积越大，浮力越大。若减小物体在煤油中排开液体的体积，增大在盐水中排开液体的体积，使三者排开液体的体积相同，则在煤油中受到的浮力最小，在盐水中受到的浮力最大，从而得出结论。