浙教版科学八上 2.浮力的实验探究 暑假讲义（无答案）

第二讲 浮力的实验探究
知识与技能：掌握阿基米德原理，能应用阿基米德原理进行浮力计算；
习惯与方法：经历科学家对探索新知的过程，培养学生关注生活现象的习惯；
思维与素养：通过浮力实验探究培养学生科学探究的能力。
课题一、阿基米德原理
力学之父－－阿基米德
阿基米德（公元前287年—公元前212年），伟大的古希腊哲学家、百科式科学家、数学家、物理学家、力学家，静态力学和流体静力学的奠基人，并且享有“力学之父”的美称，阿基米德和高斯、牛顿并列为世界三大数学家。阿基米德曾说过：“给我一个支点，我就能撬起整个地球。”
相传叙拉古赫农王让工匠替他做了一顶纯金的王冠。但是在做好后，国王疑心工匠做的金冠并非纯金，工匠私吞了黄金，但又不能破坏王冠，而这顶金冠却又与当初交给金匠的纯金一样重。这个问题难倒了国王和诸位大臣。经一大臣建议，国王请来阿基米德来检验皇冠。
最初阿基米德对这个问题无计可施。有一天，他在家洗澡，当他坐进澡盆里时，看到水往外溢，突然想到可以用测定固体在水中排水量的办法，来确定金冠的体积。他兴奋地跳出澡盆，连衣服都顾不得穿上就跑了出去，大声喊着“尤里卡！尤里卡！”（ερηκα，意思是“找到了”。）
他经过了进一步的实验以后，便来到了王宫，他把王冠和同等重量的纯金放在盛满水的两个盆里，比较两盆溢出来的水，发现放王冠的盆里溢出来的水比另一盆多。这就说明王冠的体积比相同重量的纯金的体积大，密度不相同，所以证明了王冠里掺进了其他金属。
这次试验的意义远远大过查出金匠欺骗国王，阿基米德从中发现了浮力定律（阿基米德原理）。
知识点一、浮力大小的实验探究
【提出问题】气体和液体都会对浸入其内的物体产生竖直向上的浮力，那么浮力的大小究竟和哪些因素有关呢？
当你躺在浴缸的水中时，会有一种 了的感觉，同时浴缸的水面会 。
人变轻是因为人受到 。水面上升是因为人浸入水中后， 。
【建立猜想与假设】阿基米德由澡盆溢水联想到 … … …
【设计实验】实验器材：弹簧秤、物块、量筒、烧杯、溢水杯
要测量浮力的大小，还要测量物体排开水的多少(体积、重力)。请利用这些器材设计实验步骤和实验数据记录表格，然后交流讨论。
实验步骤：研究浸没在液体中的物体所受到的浮力
(1)在溢水杯中盛满水，将小烧杯放在溢水杯的出水口下；
(2)将物块挂在弹簧秤上，测出物块的重G物；
(3)将物块浸没在溢水杯的水中，读出弹簧秤的读数F拉，并计算出物块所受的浮力
F浮=G物－F拉
(4)将溢水杯溢出的水注入量筒内，测出它的体积V排，并算出物块所排出的水的重力
G排=ρ水g V排
补充实验数据记录表
【得出结论】对于浸没在液体中的物体和部分浸入在液体中的物体都有：F浮＝G排水。
【推广】如果把水换成别的液体，仍然可以得到：F浮＝G排液
知识点二、阿基米德原理
1、阿基米德原理：浸在液体里的物体，受到向上的浮力，浮力的大小等于 ，即F浮＝ 。
2、同样，阿基米德原理可以推广到气体的浮力上：浸在气体里的物体，受到向上的浮力，浮力的大小等于 。地球表面上的物体一般都浸没在空气中：F浮= 。
3、对公式的理解：
(1)ρ液是 ,不是浸入液体的物体密度。
(2)V排液是 ，不是液体总体积，也不一定是物体的总体积(V物)。
①物体完全浸入液体中(浸没):V排液= ；
②物体部分浸入液体中，V排液(3)浮力只跟 和 ,即只跟 有关，而与物体浸入液体的 、
物体的 、 、 等无关。
精熟讲授① 将两个金属块分别挂在两个弹簧秤下，都将金属块浸没在不同的液体中，发现弹簧秤减小的示数相同，说明（ ）
A.排开水的重力相同 B.两金属块物重相同
C.排开水的体积相同 D.以上说法都不对
高效演练1-1 用一个玻璃瓶装上写有你心愿的纸片，然后盖上盖子并密封，投入江中，就能漂浮在水面上，成为“漂流瓶”（如图）。如果漂流瓶从长江漂入大海，漂流瓶所受到的浮力及它露出水面的体积变化情况是（海水密度大于河水密度）（　　）
A．浮力变大，露出水面体积不变
B．浮力不变，露出水面体积变大
C．浮力不变，露出水面体积变小
D．浮力变小，露出水面体积变大
高效演练1-2 下图表示跳水运动员从入水到露出水面的过程，其中运动员受到水的浮力不断增大的阶段是（ ）
A．①→② B．②→③ C．③→④ D．④→⑤
精熟讲授① 如图甲所示，均匀柱状石料在钢绳拉力的作用下从水面上方以恒定速度下降，直至全部没入水中，并沉底。图乙是钢绳拉力F随时间t变化的图像。若不计水的阻力，则下列说法中（　　）
①石料的质量为150kg
②石料完全浸没后受到的浮力为1000N
③石料的密度为3×103kg/m3
④石料沉底撤去钢绳后，水平池底对它的支持力为1000N
A．只有①②正确 B．只有③④正确 C．只有②③④正确 D．只有①③④正确
高效演练1-1 小明利用如图所示的实验，研究浮力大小与深度的关系。根据测得的实验数据，作出了弹簧测力计的示数F与物体下表面在水中所处深度h的关系图像。根据该图像可以得出的正确结论是（g取10N/kg）（ ）
A．物体的质量是12kg
B．物体浸没在水中时，受到的浮力大小为12N
C．物体的密度为2×103kg/m3
D．物体的体积为60cm3
精熟讲授② 如图所示为某校校园艺术节时气球悬挂一幅竖标的情景。已知气球的体积为10m3，气球（含内部所充气体）、标语及细绳的总质量为9kg，空气的密度为1.29kg/m3，g取10N/kg，则系于地面拉住标语的细绳的拉力为（　　）
A．129N B．90N
C．39N D．219N
高效演练2-1 用弹簧测力计在空气中称一实心正方体重力，测力计的示数为5N；把物体一半体积浸入在水中时，测力计的示数如图所示，此时物体所受浮力为_____N，当把物体从弹簧测力计上取下，放入水中静止时，物体所处的状态是_____（选填“漂浮”、“悬浮”或“下沉”）。
精熟讲授① 将一小物块A轻轻地放入盛满水的大烧杯中，A静止后，有72g的水溢出；再将其轻轻放入盛满酒精的大烧杯中，A静止后，有64g的酒精溢出．则A在水中静止时受到的浮力为____N，A的体积是____cm3，A的密度是____kg/m3。（酒精的密度是0．8×103kg/m3）
高效演练1-1 体积是100cm3，质量是90g的物体，将其缓缓放入装满水的烧杯中，物体静止后，溢出水的质量是 g；将其缓缓放入装满酒精的烧杯中，溢出酒精的质量是 g。（酒＝0.8×103kg/m3）
高效演练1-2 已知石块的密度是2.5×103kg/m3，小明在岸上最多只能搬得起重为150N的石块。他在水中最多能搬得起质量是_____kg的石块（石块不露出水面），这时石块受到的浮力是____N。
1874年8月的一天，在大西洋亚速尔群岛的西南方，有一艘深海考察潜艇，为研究海底矿产资源的分布，正在向深处下潜。
舱内的考察人员被海底迷人的景色陶醉了，致使下潜速度过大，船体猛然撞到海底，陷入海底的沉积物中了。
船员把潜艇水舱中的水全部排出，企图上浮。奇怪的是，潜艇丝毫不动，像被海底“吸”住一样。这是为什么？难道浮力真的消失了吗？怎么办？你能替他们想出摆脱困境的办法吗？
课题二、浮力的实验探究
精熟讲授① 小明按照如图所示的操作，探究影响浮力大小的因素。
（1）物体受到的重力为________N。
（2）物体全部浸没在水中时，受到的浮力是________N。
（3）由______、_____两图可得出结论：物体受到的浮力大小与物体排开液体的体积有关。
（4）由______、_____两图可得出结论：物体受到的浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关。
（5）由D、E两图可得出结论：物体受到的浮力大小与液体的________有关。
（6）上述过程中采用的研究方法主要是_______。
A. 比值法 B. 等效法 C. 控制变量法 D. 估算法
高效演练1-1 在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验时，小丽提出如下猜想：
猜想一：浮力的大小跟物体排开液体的体积有关； 猜想二：浮力的大小跟液体的密度有关；
猜想三：浮力的大小跟物体的密度有关。
（1）小丽用重为3.2N的物体A做了如图所示的实验，该实验验证了猜想________是正确的。可得出：在同种液体中，物体排开液体的体积越大，受到的浮力________。实验中，物体A浸没时受到的浮力为________N，方向________。
（2）下表是小丽验证猜想二时收集的实验数据：
液体种类 物体A在液体中的状态 弹簧测力计的求数/N 物体A受到的浮力/N
酒精 浸没 1.4 1.8
盐水 浸没 0.8 2.4
分析比较表中数据和实验________（选填“甲”、“乙”或“丙”）中的数据可知：浮力的大小与液体的密度________。
为验证猜想三，小丽选用了与物体A密度不同的物体B进行实验，她将物体B逐渐浸入水 中，容器中的水面上升至图示O位置时，发现棉线松弛，弹簧测力计示数为0，如图丁所 示。取出物体B后，小丽又将物体A缓慢浸入水中，她在水面上升到________（选填“O点 之上”、“O点”或“O点之下”）位置时，读取弹簧测力计的示数，这样做是为了控制________ 相同，以便判断浮力的大小与物体的密度是否有关。
精熟讲授① 下图是探究“影响浮力大小的因素”的实验过程及数据：
（1）物体A完全浸没在水中,排开水的质量为________kg.
（2）在C与E两图中,保持了物体排开液体的体积不变,研究浮力大小与________的关系；根据 A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________N；
（3）根据有关实验数据,可以计算出E中盐水的密度为________kg/m3；
（4）若要探究物体所受浮力大小与物体的密度是否有关,应选择图中_______(填字母)两个物体, 并将它们浸没在同种液体中,测出其所受浮力的大小来进行比较.
高效演练1-1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）由以上实验步骤可知物体的重力是________N, 步骤C中物体受到的浮力为 ________N。
（2）选取实验步骤________可知物体受到的浮力与物体排开液体的体积有关，得到结论是： ___________________________________________________________________________。
（3）对比步骤ADF，可知物体在液体中所受浮力的大小与________有关．
（4）如图所示的步骤B到E，当铁块的底部从接触水面开始，到铁块浸没，直到浸没到更深的 位置，图中能表示此过程物体所受浮力与浸入水中深度关系的图像是________，能表示此 过程测力计示数与浸入水中的深度关系的图像是________．
（5）根据以上实验数据，可得物体的密度为________kg/m3
精熟讲授① 某实验小组利用甲图所示的器材，来探究“浮力的大小与哪些因素有关”
（1）选择器材，验证猜想：
探究一：只选择器材a、c、d、e，就可以探究“浮力的大小是否与物体浸在液体中的体积有关”；
探究二：只选择器材 a、d、e、f ，就可以探究“浮力的大小是否与________有关”；
探究三：只选择器材a、b、d、e，就可以探究“浮力的大小是否与________有关”；
（2）完成以上探究后，他们又按乙图所示的步骤进行了测量物质密度的实验．
①称量出a金属块的重力G=F1=4.8N；将它浸没在水中时，弹簧测力计的示数F2=________N， 则此时物体所受浮力为F浮=________N；
②将a金属块浸没到煤油中，此时弹簧测力计的示数F3=4.0N，由此可知煤油的密度为
ρ煤油 =________kg/m3。(ρ水=1.0×103kg/m3)
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C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A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________N。
（2）小明对ABCD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，有时与深度又 无关。对此正确的解释是浮力的大小随着排开水的体积的增大而________，当物体完全浸 没在水中后排开水的体积相同，浮力的大小与深度________。（选填“有关”或“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________g/cm3。
（4）实验中某同学观察到将同一物体浸没在密度大的液体中时，弹簧测力计的示数越小，于是 他灵机一动，在弹簧测力计下挂一个重为1.5N的物体，如图乙所示，当他把物体浸没在 水中时，如图丙所示，弹簧测力计的读数为0.5N，他就在0.5N对应标上1.0g/cm3的字样； 当他把物块浸没在酒精中时，如图丁所示，应该在弹簧测力计刻度盘的________N处对应 标上0.8g/cm3的字样，可将图甲中的装置改成一个液体密度秤。