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实验10 探究浮力大小与哪些因素有关
知识点一、浮力
一、浮力
1.浮力的定义:浸在液体(或气体)中的物体受到竖直向上的力,这个力叫做浮力。
“浸在”包括“部分浸入”和“全部浸入(即浸没)”两种情况,也就是说浸没在液体内部和浮在液体表面的物体都受到浮力的作用。
2.浮力的方向:竖直向上。
无论物体的形状如何、是否运动,也无论液体(静止的液体)如何放置,浸在液体中的物体受到的浮力的方向总是竖直向上的。
3.浮力的施力物体与施力物体
(1)浮力的施力物体:液体(或气体)。
(2)浮力的受力物体:浸在液体(或气体)中的物体。
知识点二、探究浮力大小的影响因素
【提出问题】浮力的大小跟哪些因素有关?
【猜想与假设】(1)游泳池里越往深水区走,所受的浮力越大,由此猜想:浮力的大小可能与物体浸在液体中的体积或浸没深度有关;
(2)鸡蛋在纯水中会下沉,但在浓盐水中却能漂浮,由此猜想:浮力大小可能与液体的密度有关;
(3)木头在水中漂浮,但铁块在水中下沉,由此猜想:浮力的大小可能与浸没在液体中的物体密度有关。
【进行实验】
实验目的 变量控制 图示 现象及分析 探究结论
探究浮力的大小与物体浸没深度的关系 同一物体浸在同一液体中,物体浸没的深度不同 乙、丙两种情况下弹簧测力计的示数相同,即浮力相同 浮力的大小与物体浸没在液体中的深度无关
探究浮力的大小与物体浸入液体的体积的关系 液体的密度相同,同一物体浸入液体的体积不同 乙、丙两种情况下弹簧测力计示数不同,即浮力不同,F1>F2 物体受到的浮力与物体浸入液体的体积有关
探究浮力的大小与液体密度的关系 同一物体浸在液体中的体积相同,液体密度不同 乙、丙两种情况下弹簧测力计的示数不同,即浮力不同,F2>F1 物体受到的浮力于液体的密度有关
探究浮力的大小与物体密度的关系 两个体积相同、质量不同的物体,浸入在同一液体中 甲、乙两种情况下弹簧测力计的示数差相同,即浮力相同 物体所受的浮力与物体的密度无关
【总结归纳】浮力的大小只跟液体的密度和物体浸入液体的体积有关(与物体的形状、材料、浸没的深度、液体的多少无关)。在液体密度相同时,浸入液体的体积越大,物体受到的浮力越大;在浸入液体的体积相同时,液体的密度越大,物体受到的浮力越大。
★实验中应注意的问题
(1)在探究过程中,应注意沿竖直方向拉弹簧测力计,并且物体不能与容器底部或侧壁相接触;
(2)应等弹簧测力计示数稳定后再读数;
(3)实验时烧杯内的液体体积要适中,应以能浸没物体又不溢出为准;
(4)探究过程中,把物体浸入液体时要缓慢,以免溅出液体。
(2023 德阳)小张在探究“浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中,做了以下的部分操作。用同一弹簧测力计挂着同一金属物块依次完成如图所示的三次测量:
(1)乙图所示的实验中,物块受到的浮力大小为 N。
(2)分析乙图、丙图,说明浮力的大小与 有关。
(3)本实验数据可计算出盐水的密度为 kg/m3。(已知水的密度为1.0×103kg/m3)
(2023 哈尔滨)在探究“浮力大小与什么因素有关”实验中:
(1)东宝测量物体A在水中所受浮力的方法如图,由图可知,物体受到的重力为 N,物体受到的浮力为 N,浮力的方向是 。
(2)伟鹏同学在实验中获得如表的数据,分析表中的数据能否得到浮力大小与物体排开液体体积的定量关系?若能,请写出主要分析过程(可省略计算步骤)及结论;若不能,请说明理由。
实验次数 浮力F浮/N 液体密度ρ液/(g/cm3) 排开液体体积V排/cm3
1 0.4 0.8 50
2 0.9 0.9 100
3 0.5 1.0 50
4 2.2 1.1 200
(2023 乐山)如图是某实验小组的同学探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验步骤。
(1)从图中可知物块的重力为 N。
(2)比较D和E,可以得出:浮力大小与 有关。
(3)比较 和 ,可以得出:当物块完全浸没后,浮力大小与所处深度无关。
(4)本实验采用的物理方法是 (选填“控制变量法”或“转换法”)。
(5)该小组的同学根据阿基米德原理计算出上述实验中所用物块的密度:
①物块完全浸没于水中所受浮力为 N;
②物块密度为 kg/m3。(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
(2023 兰州)小刚游泳时发现,人从浅水区走向深水区的过程中所受浮力逐渐变大。于是他猜想浮力的大小可能与物体浸在液体中的深度有关。为了验证自己的猜想是否正确,他设计并完成了如图甲所示的实验,并将详细的实验数据记录在表格中。
物块下表面所处深度h/cm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
弹簧测力计示数F/N 4.6 4.2 3.8 3.4 3.0 2.6 2.2 2.2 2.2 2.2
物块所受浮力F浮/N 0 0.4 0.8 1.6 2.0 2.4 2.4 2.4 2.4
(1)表格中所缺数据为 ,请在图乙中画出浮力大小F浮与物块下表面所处深度h之间的关系图像。
(2)分析上述实验,请解释人从浅水区走向深水区时浮力为什么会变大? 。
(3)由图B和表中数据可知,物块下表面受到水的压强为 Pa。(ρ水=1.0×103kg/m3)
(4)为了继续探究浮力的大小是否与液体密度有关,他应该采取的操作是: 。
(2023 广东)在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中:
(1)观察弹簧测力计的零刻度线、 和分度值。调零时,弹簧测力计应在 (选填“竖直”或“水平”)方向上调零。
(2)如图甲所示,在弹簧测力计下悬挂一个高为6cm的长方体物块(可塑),测出重力。将它缓慢浸入水中,记录悬停在A、B、C、D、E这五个位置弹簧测力计的示数和深度h。请根据实验数据,在图乙中画出物块所受浮力F浮随h变化的图象。
(3)分析图象可知:浸没前,h增加,F浮 ;浸没后,h增加,F浮 。(均选填“变大”、“变小”或“不变”)
(4)若把此物块捏成高为6cm的圆锥体,重复上述实验。两次实验所得的F浮随h变化的图象 (选填“相同”或“不同”)。
(5)若继续探究浮力的大小与液体密度的关系,还需添加一种材料: 。
(2023 重庆二模)小开要探究“影响浮力大小的因素”,图1是他的实验过程。
(1)图1B中,物体受到的浮力为 N:由图1A、B、C三图可知,浮力大小与 有关;由图1A、 三图可知,浮力大小与浸没深度无关;
(2)由图1A、D、E三图可知,浮力大小与 有关;还可以算出盐水的密度为 g/cm3;
(3)小开受上面实验的启发,制作了一个测质量的装置,如图2甲。刻度标在底面积为100cm2透明薄壁柱形容器外壁,先加水至“0g”刻线处,再将被测物体放入水中漂浮时,水位处对应的刻度值即为被测物体的质量。则“0g”刻线上方1cm处对应的刻度值为 g;
(4)利用该装置还可测量物体密度:将物体A放入水中,如图2乙所示,静止时示数为m1;然后将物体B放在A上方,如图2丙所示,静止时示数为m2;最后将物体B放入水中,如图2丁所示,静止时示数为m3,则物体B的密度ρB= (用m1、m2、m3、ρ水表示);
(5)小南发现该装置测量质量误差较大,为提高准确度,请你提出一条可行的改进方案: 。
(2023 宽甸县模拟)小丽用装有沙子的柱形带盖塑料瓶“探究浮力的大小跟哪些因素有关”。
(1)小丽列举了以下三个常识,做出了三个猜想,其中符合常识2的是猜想 (填序号)。
常识 猜想
常识1:空玻璃瓶会漂浮在水面上,装满水的玻璃瓶会沉入水底。 常识2:轮船从江里驶入海里,船身会上浮一些。 常识3:人在水中越往深处走,觉得身体越来越轻。 猜想1:浮力大小与液体的密度有关。 猜想2:浮力大小与物体排开液体的体积或深度有关。 猜想3:浮力大小与物体的质量有关。
(2)为了验证上述猜想是否正确,依次做了以下实验,如图所示。
①装有沙子的塑料瓶挂在弹簧测力计下,静止时弹簧测力计的示数如图A,则装沙子的塑料瓶重 N。
②通过A、B实验两图的实验数据,可知在B图状态下,物体所受浮力大小是 N。
③通过A、B、C实验步骤, (选填“能”或“不能”)得出浮力大小与物体浸入液体的深度是否有关,原因是 。
④通过A、B、C实验步骤,可以得出浮力的大小跟浸入液体体积有关的前提是确定了浮力大小与 无关。
⑤通过A、C、E实验步骤,可探究物体所受浮力大小与 的关系。
(2023 市北区校级模拟)探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验时,如图1所示,依次将体积为100cm3的物体缓缓浸入某液体中(液体未溢出);根据实验数据绘制了测力计的示数F与物体的下表面浸入液体中的深度h的关系图象,如图2所示。(g=10N/kg)
(1)分析图2发现,物体浸没在液体中后,测力计示数不再变化,说明浸没在液体中的物体所受的浮力大小与 (选填“物体体积”或“排开液体体积”)有关。
(2)物体密度为 g/cm3,若把该物体直接放入此液体中,静止时物体受到容器底的支持力F支为 N。
(3)当h=4cm时,物体受到浮力为 N,下表面所受压强为 Pa;整个过程,物体下表面所受液体压强p与其浸入液体中深度h的关系图象应该是图3中的 。
(2023 中山市模拟)图A、B、C、D、E是探究某圆锥形物体“浮力的大小跟哪些因素有关”的实验步骤。
(1)由 两个步骤中可知物体浸没酒精中时受到的浮力是 N;
(2)由步骤A、B、C、D可得出结论:物体受到的浮力大小与 有关;
(3)由步骤A、D、E可得出结论:物体受到的浮力大小与液体的 有关;
(4)圆锥体的密度为 g/cm3;(ρ水=1.0×103kg/m3)
(5)用弹簧秤拉着圆锥形物体从水面缓慢浸入水中,根据实验数据描绘的弹簧秤示数F随圆锥形物体浸入深度h变化的关系图像,最符合实际的是 。
(2023 鼓楼区校级二模)探究影响浮力大小的因素:
实验器材:弹簧测力计(量程0~2.5N,分度值0.05N)、水槽、圆柱体组(铜柱、铁柱、铝柱)、相同规格的圆柱体大物块、细线、水、盐水等;
实验装置:
实验步骤:
(1)按如图所示实验装置图组装好实验器材,读出弹簧测力计示数即为物体重力G,记录在表格中;
(2)拧开矿泉水瓶瓶盖,当水和盐水浸没金属块和大物块后再拧紧瓶盖;
(3)读出此时弹簧测力计示数F,将其记录在表格中;
(4)计算出物体所受浮力F浮大小并填入表格中;
序号 A B C D E
物体重力G/N 0.80 0.65 1.70 2.15 2.15
物体浸没液体中测力计示数F/N 0.70 0.55 1.50 1.40 1.25
物体受到浮力F浮/N 0.10 0.10 0.20 0.75 0.90
分析论证:
(1)由A、B两组实验对比可以得出结论,浮力大小与物体密度 ;
(2)由 两组实验对比可以得出结论,浮力大小与物体浸入液体体积有关;
(3)由D、E两组实验对比可以得出结论,浮力大小与 有关;
评估交流:
(1)往水槽内放水前,矿泉水瓶瓶盖未打开,此时矿泉水瓶内气压 (选填“大于”、“小于”或“等于”)瓶外大气压;
(2)将弹簧测力计固定在木架上,通过矿泉水瓶往水槽注水的方式使物体浸入液体中,这样操作的好处是 ;
(3)由实验数据可知,实验所用的盐水的密度为 kg/m3;
(4)在进行D、E两组实验时没有选用B组实验所用的铁块,而是选用两个体积更大的圆柱体大物块,其原因可能是铁块在水和盐水中的浮力差距小于弹簧测力计分度值,通过增大 增大浮力之差从而得出正确结论。
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实验10 探究浮力大小与哪些因素有关
知识点一、浮力
一、浮力
1.浮力的定义:浸在液体(或气体)中的物体受到竖直向上的力,这个力叫做浮力。
“浸在”包括“部分浸入”和“全部浸入(即浸没)”两种情况,也就是说浸没在液体内部和浮在液体表面的物体都受到浮力的作用。
2.浮力的方向:竖直向上。
无论物体的形状如何、是否运动,也无论液体(静止的液体)如何放置,浸在液体中的物体受到的浮力的方向总是竖直向上的。
3.浮力的施力物体与施力物体
(1)浮力的施力物体:液体(或气体)。
(2)浮力的受力物体:浸在液体(或气体)中的物体。
知识点二、探究浮力大小的影响因素
【提出问题】浮力的大小跟哪些因素有关?
【猜想与假设】(1)游泳池里越往深水区走,所受的浮力越大,由此猜想:浮力的大小可能与物体浸在液体中的体积或浸没深度有关;
(2)鸡蛋在纯水中会下沉,但在浓盐水中却能漂浮,由此猜想:浮力大小可能与液体的密度有关;
(3)木头在水中漂浮,但铁块在水中下沉,由此猜想:浮力的大小可能与浸没在液体中的物体密度有关。
【进行实验】
实验目的 变量控制 图示 现象及分析 探究结论
探究浮力的大小与物体浸没深度的关系 同一物体浸在同一液体中,物体浸没的深度不同 乙、丙两种情况下弹簧测力计的示数相同,即浮力相同 浮力的大小与物体浸没在液体中的深度无关
探究浮力的大小与物体浸入液体的体积的关系 液体的密度相同,同一物体浸入液体的体积不同 乙、丙两种情况下弹簧测力计示数不同,即浮力不同,F1>F2 物体受到的浮力与物体浸入液体的体积有关
探究浮力的大小与液体密度的关系 同一物体浸在液体中的体积相同,液体密度不同 乙、丙两种情况下弹簧测力计的示数不同,即浮力不同,F2>F1 物体受到的浮力于液体的密度有关
探究浮力的大小与物体密度的关系 两个体积相同、质量不同的物体,浸入在同一液体中 甲、乙两种情况下弹簧测力计的示数差相同,即浮力相同 物体所受的浮力与物体的密度无关
【总结归纳】浮力的大小只跟液体的密度和物体浸入液体的体积有关(与物体的形状、材料、浸没的深度、液体的多少无关)。在液体密度相同时,浸入液体的体积越大,物体受到的浮力越大;在浸入液体的体积相同时,液体的密度越大,物体受到的浮力越大。
★实验中应注意的问题
(1)在探究过程中,应注意沿竖直方向拉弹簧测力计,并且物体不能与容器底部或侧壁相接触;
(2)应等弹簧测力计示数稳定后再读数;
(3)实验时烧杯内的液体体积要适中,应以能浸没物体又不溢出为准;
(4)探究过程中,把物体浸入液体时要缓慢,以免溅出液体。
(2023 德阳)小张在探究“浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中,做了以下的部分操作。用同一弹簧测力计挂着同一金属物块依次完成如图所示的三次测量:
(1)乙图所示的实验中,物块受到的浮力大小为 N。
(2)分析乙图、丙图,说明浮力的大小与 有关。
(3)本实验数据可计算出盐水的密度为 kg/m3。(已知水的密度为1.0×103kg/m3)
【解答】解:
(1)根据称重法可知乙图所示的实验中,物块受到的浮力大小为F浮=G﹣F′=6N﹣2N=4N;
(2)根据称重法分析乙图、丙图可知,物体浸没在盐水中受到的浮力比较大,则在排开液体体积相同时,液体密度越大,物体受到的浮力越大,说明所受浮力的大小与液体密度有关;
(3)由甲、丙两幅图结合称重法可知物体浸没在盐水中所受的浮力:F浮盐水=G﹣F示盐水=6N﹣1.6N=4.4N;
由F浮=ρ液gV排可知物体的体积:V=V排水4×10﹣4m3;
物体浸没在盐水中,排开盐水的体积等于物体的体积,即V排盐水=V=4×10﹣4m3;
由F浮=ρ液gV排可知盐水的密度:ρ盐水1.1×103kg/m3。
故答案为:(1)4;(2)液体密度;(3)1.1×103。
(2023 哈尔滨)在探究“浮力大小与什么因素有关”实验中:
(1)东宝测量物体A在水中所受浮力的方法如图,由图可知,物体受到的重力为 N,物体受到的浮力为 N,浮力的方向是 。
(2)伟鹏同学在实验中获得如表的数据,分析表中的数据能否得到浮力大小与物体排开液体体积的定量关系?若能,请写出主要分析过程(可省略计算步骤)及结论;若不能,请说明理由。
实验次数 浮力F浮/N 液体密度ρ液/(g/cm3) 排开液体体积V排/cm3
1 0.4 0.8 50
2 0.9 0.9 100
3 0.5 1.0 50
4 2.2 1.1 200
5 0.6 1.2 50
【解答】解:(1)由图示知,物体的重力G=3N,将A放入液体中后测力计示数F=2N,所以F浮=G﹣F=3N﹣2N=1N;浮力的方向是竖直向上的;
(2)①由1、3、5三次实验数据可知,三次实验过程中排开液体体积V排相同,
即:V排1=V排3=V排5=50cm3,
由5×10﹣4m3 N/kg,可得结论:物体排开液体的体积相同时,物体所受到的浮力大小与液体的密度成正比;
②由①得到的结论可得,若第 2次实验液体的密度为1.0g/cm3,则第2次实验时受到的浮力:F′浮2=1.0N;
若第4次实验液体的密度为1.0g/cm3,则第4次实验时受到的浮力:F'浮4=2.0N;
③由第3次实验数据及②中的两组数据可知,
当ρ液3=ρ′液2=ρ′液4=1.0g/cm3时,由1.0×104N/m3,可得结论:液体密度相同时,物体所受到的浮力大小与物体排开液体的体积成正比。
故答案为:(1)3;1;竖直向上;(2)能;分析过程及结论见解答。
(2023 乐山)如图是某实验小组的同学探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验步骤。
(1)从图中可知物块的重力为 N。
(2)比较D和E,可以得出:浮力大小与 有关。
(3)比较 和 ,可以得出:当物块完全浸没后,浮力大小与所处深度无关。
(4)本实验采用的物理方法是 (选填“控制变量法”或“转换法”)。
(5)该小组的同学根据阿基米德原理计算出上述实验中所用物块的密度:
①物块完全浸没于水中所受浮力为 N;
②物块密度为 kg/m3。(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
【解答】解:(1)由图A可知,弹簧测力计的示数为4.8N,该物块的重力G物=4.8N;
(2)比较D和E可知,浸没的深度相同,排开液体的体积相同,只有液体的密度不同,故可以得出:浮力大小与液体的密度有关;
(3)要想得出:当物块完全浸没后,浮力大小与所处深度无关,应控制排开液体的体积和密度不变,只改变深度,故应比较C和D两图;
(4)本实验中要探究浮力的大小与多个因素的关系,采用的物理方法是控制变量法;
(5)①由A、C两图可知,物块完全浸没于水中所受浮力为F浮=4.8N﹣4.2N=0.6N;
②由浮力公式F浮=ρ液V排g得,物块的体积:V=V排0.6×10﹣4m3,
物块的质量:m0.48kg,
物块密度为:ρ物8×103kg/m3。
故答案为:(1)4.8;(2)液体的密度;(3)C、D;(4)控制变量法;(5)0.6;8×103。
(2023 兰州)小刚游泳时发现,人从浅水区走向深水区的过程中所受浮力逐渐变大。于是他猜想浮力的大小可能与物体浸在液体中的深度有关。为了验证自己的猜想是否正确,他设计并完成了如图甲所示的实验,并将详细的实验数据记录在表格中。
物块下表面所处深度h/cm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
弹簧测力计示数F/N 4.6 4.2 3.8 3.4 3.0 2.6 2.2 2.2 2.2 2.2
物块所受浮力F浮/N 0 0.4 0.8 1.6 2.0 2.4 2.4 2.4 2.4
(1)表格中所缺数据为 ,请在图乙中画出浮力大小F浮与物块下表面所处深度h之间的关系图像。
(2)分析上述实验,请解释人从浅水区走向深水区时浮力为什么会变大? 。
(3)由图B和表中数据可知,物块下表面受到水的压强为 Pa。(ρ水=1.0×103kg/m3)
(4)为了继续探究浮力的大小是否与液体密度有关,他应该采取的操作是: 。
【解答】解:(1)根据称重法可知,物体受到的浮力等于物体的重力减去浸在液体中弹簧测力计的示数,由图A知,G=4.6N,由图B知,浸入水中时F=3.4N,则浸入在水中受到的浮力:F浮=G﹣F=4.6N﹣3.4N=1.2N;
由表格数据,描点作图连线如下:
(2)分析表中的实验数据知,物体浸入水中的体积越大,测力计示数越小,由称重法测浮力:F浮=G﹣F,物体受到的浮力越来越大,从浅水区走向深水区时浮会变大是因为物体浸入水中的体积变大;
(3)由表格数据可知,B图中弹簧测力计示数为3.4N,对应的物体下表面的所处深度h=3cm=0.03m,
下表面受到水的压强:
p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.03m=300Pa;
(4)探究浮力的大小是否与液体密度的关系要保证物体排开液体体积一定,改变液体的密度,将物体完全浸没在装有盐水的溢水杯中,观察弹簧测力计的示数,与D图比较得出结论。
故答案为:(1)1.2;如上图所示;(2)物体浸入水中的体积变大;(3)300;(4)将物体完全浸没在装有盐水的溢水杯中,观察弹簧测力计的示数,与D图比较。
(2023 广东)在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中:
(1)观察弹簧测力计的零刻度线、 和分度值。调零时,弹簧测力计应在 (选填“竖直”或“水平”)方向上调零。
(2)如图甲所示,在弹簧测力计下悬挂一个高为6cm的长方体物块(可塑),测出重力。将它缓慢浸入水中,记录悬停在A、B、C、D、E这五个位置弹簧测力计的示数和深度h。请根据实验数据,在图乙中画出物块所受浮力F浮随h变化的图象。
(3)分析图象可知:浸没前,h增加,F浮 ;浸没后,h增加,F浮 。(均选填“变大”、“变小”或“不变”)
(4)若把此物块捏成高为6cm的圆锥体,重复上述实验。两次实验所得的F浮随h变化的图象 (选填“相同”或“不同”)。
(5)若继续探究浮力的大小与液体密度的关系,还需添加一种材料: 。
【解答】解:(1)弹簧测力计使用前要观察零刻度线、量程和分度值。调零时,弹簧测力计所测力的方向上调零,测重力和拉力要竖直方向,则调零也竖直方向。
(2)根据F浮=G﹣F;0cm、2cm、4cm、6cm、8cm、10cm时,受到的浮力分别为0、0.2N、0.4N、0.6N、0.6N、0.6N;由此在图像上描点画出图像,如图:
(3)根据图像知,浸没前,h增加,F浮变大;浸没后,h增加,F浮不变;
(4)若把此物块捏成高为6cm的圆锥体,相同深度时,排开液体的体积不同,受到的浮力不同;重复上述实验。两次实验所得的F浮随h变化的图象是不同的;
(5)根据控制变量法,若继续探究浮力的大小与液体密度的关系,需保持排开液体的体积不变,改变液体的密度,因而需要不同密度的液体。
故答案为:(1)量程;竖直;(2)如图见解答;(3)变大;不变;(4)不同;(5)不同密度的液体。
(2023 重庆二模)小开要探究“影响浮力大小的因素”,图1是他的实验过程。
(1)图1B中,物体受到的浮力为 N:由图1A、B、C三图可知,浮力大小与 有关;由图1A、 三图可知,浮力大小与浸没深度无关;
(2)由图1A、D、E三图可知,浮力大小与 有关;还可以算出盐水的密度为 g/cm3;
(3)小开受上面实验的启发,制作了一个测质量的装置,如图2甲。刻度标在底面积为100cm2透明薄壁柱形容器外壁,先加水至“0g”刻线处,再将被测物体放入水中漂浮时,水位处对应的刻度值即为被测物体的质量。则“0g”刻线上方1cm处对应的刻度值为 g;
(4)利用该装置还可测量物体密度:将物体A放入水中,如图2乙所示,静止时示数为m1;然后将物体B放在A上方,如图2丙所示,静止时示数为m2;最后将物体B放入水中,如图2丁所示,静止时示数为m3,则物体B的密度ρB= (用m1、m2、m3、ρ水表示);
(5)小南发现该装置测量质量误差较大,为提高准确度,请你提出一条可行的改进方案: 。
【解答】解:(1)由图A可知,物体的重力是4N,由图B知道,弹簧测力计的分度值为0.2N,示数为2.6N,根据称量法知道,此时物体在水中时受到的浮力:
F浮=G﹣FC=4N﹣2.6N=1.4N;
由B、C两图知道,液体的密度相同,排开水的体积不同,弹簧测力计的示数不同,浮力也不同,故由A、B、C三图知道,浮力大小与排开液体的体积有关;
要探究浮力大小与浸没深度的关系,需要控制液体的密度相同、排开液体的体积相同,改变深度,故图A、C、D符合题意;
(2)由D、E两图知道,排开液体的体积相同,液体的密度不相同,弹簧测力计的示数不同,浮力也不同,故由A、D、E三图知道,浮力大小与液体的密度有关。
由D图知道,物体受到水的浮力:
F浮水=G﹣FD=4N﹣2N=2N=ρ水V排g,
由E图知道,物体受到盐水的浮力:
F浮盐水=G﹣FE=4N﹣1.8N=2.2N=ρ盐水V排g,
由以上两式解得:
;
(3)物体放入水中漂浮时,S=100cm2=10﹣2m2,则物体受到的浮力:
,
由G=mg 知道,此时“0g”刻线上方1cm处对应的刻度值:
m0.1kg=100g;
(4)由图乙可知,物体A的质量为m1,由图丙可知,物体A和B总质量为m2,则物体B的质量为m2﹣m1,由图丙可知,物体B的体积为增加的水的体积,即
,
则物体B的密度为:
;
(5)为了使测量结果更准确,可以减小容器的底面积,测量时液面变化更明显,测量更准确。
(2023 宽甸县模拟)小丽用装有沙子的柱形带盖塑料瓶“探究浮力的大小跟哪些因素有关”。
(1)小丽列举了以下三个常识,做出了三个猜想,其中符合常识2的是猜想 (填序号)。
常识 猜想
常识1:空玻璃瓶会漂浮在水面上,装满水的玻璃瓶会沉入水底。 常识2:轮船从江里驶入海里,船身会上浮一些。 常识3:人在水中越往深处走,觉得身体越来越轻。 猜想1:浮力大小与液体的密度有关。 猜想2:浮力大小与物体排开液体的体积或深度有关。 猜想3:浮力大小与物体的质量有关。
(2)为了验证上述猜想是否正确,依次做了以下实验,如图所示。
①装有沙子的塑料瓶挂在弹簧测力计下,静止时弹簧测力计的示数如图A,则装沙子的塑料瓶重 N。
②通过A、B实验两图的实验数据,可知在B图状态下,物体所受浮力大小是 N。
③通过A、B、C实验步骤, (选填“能”或“不能”)得出浮力大小与物体浸入液体的深度是否有关,原因是 。
④通过A、B、C实验步骤,可以得出浮力的大小跟浸入液体体积有关的前提是确定了浮力大小与 无关。
⑤通过A、C、E实验步骤,可探究物体所受浮力大小与 的关系。
【解答】解:(1)小丽列举了以下三个常识,做出了三个猜想,其中符合常识2“轮船从江里驶入海里,船身会上浮一些”的是猜想1:浮力大小与液体密度有关;
(2)①装有沙子的塑料瓶挂在弹簧测力计下,静止时弹簧测力计的示数如图A,则装沙子的塑料瓶重4N;
②通过A、B实验两图的实验数据,可知在B图状态下,弹簧测力计的示数为3N,根据称重法可知物体所受浮力大小是F浮=G﹣F′=4N﹣3N=1N;
③通过A、B、C实验步骤,没有控制物体排开液体的体积一定,根据控制变量法可知不能得出浮力大小与物体浸入液体的深度是否有关;
④通过A、B、C实验步骤,可以得出浮力的大小跟浸入液体体积有关的前提是确定了浮力大小与物体浸入液体的深度无关;
⑤根据称重法分析A、C、E实验步骤可知物体浸入液体的体积相同时,物体在不同液体中受到的浮力不同,可探究物体所受浮力大小与液体密度的关系。
故答案为:(1)2;(2)①4;②1;③没有控制物体排开液体的体积一定;不能;④物体浸入液体的深度;⑤液体密度。
(2023 市北区校级模拟)探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验时,如图1所示,依次将体积为100cm3的物体缓缓浸入某液体中(液体未溢出);根据实验数据绘制了测力计的示数F与物体的下表面浸入液体中的深度h的关系图象,如图2所示。(g=10N/kg)
(1)分析图2发现,物体浸没在液体中后,测力计示数不再变化,说明浸没在液体中的物体所受的浮力大小与 (选填“物体体积”或“排开液体体积”)有关。
(2)物体密度为 g/cm3,若把该物体直接放入此液体中,静止时物体受到容器底的支持力F支为 N。
(3)当h=4cm时,物体受到浮力为 N,下表面所受压强为 Pa;整个过程,物体下表面所受液体压强p与其浸入液体中深度h的关系图象应该是图3中的 。
【解答】解:(1)物体A浸没在水中之前,物体浸入水中的体积越大,弹簧测力计的示数越小,浮力越大,当完全浸没后,排开液体的体积不变,浮力不变,说明浸没在液体中的物体所受的浮力大小与排开液体体积有关;
(2)由图2可知,h=0时,弹簧秤的示数等于重力,故G=5N;
根据G=mg知物体的质量:
m0.5kg,
物体的密度:
ρ5×103kg/m3=5g/cm3;
物体浸没在液体中时,弹簧测力计的示数不变,故F示=3.9N,F浮=G﹣F示=5N﹣3.9N=1.1N;
若把该物体直接放入此液体中,静止时物体受到竖直向下的重力、竖直向上的浮力、竖直向上的支持力,
所以容器底的支持力F支=G﹣F浮=5N﹣1.1N=3.9N;
(3)当h=4cm时,物体受到浮力为:F浮=G﹣F示=5N﹣3.9N=1.1N;
根据F浮=ρgV排可得,液体的密度为:
ρ液1.1×103kg/m3
下表面所受压强:p=ρgh=1.1×103kg/m3×10N/kg×0.04m=440Pa;
根据p=ρgh可知,物体A下表面所受液体压强p随其浸入水中深度h的增大而增大,且p与h成正比,选项中B符合。
故答案为:(1)排开液体体积;(2)5;3.9; (3)1.1;440;B。
(2023 中山市模拟)图A、B、C、D、E是探究某圆锥形物体“浮力的大小跟哪些因素有关”的实验步骤。
(1)由 两个步骤中可知物体浸没酒精中时受到的浮力是 N;
(2)由步骤A、B、C、D可得出结论:物体受到的浮力大小与 有关;
(3)由步骤A、D、E可得出结论:物体受到的浮力大小与液体的 有关;
(4)圆锥体的密度为 g/cm3;(ρ水=1.0×103kg/m3)
(5)用弹簧秤拉着圆锥形物体从水面缓慢浸入水中,根据实验数据描绘的弹簧秤示数F随圆锥形物体浸入深度h变化的关系图像,最符合实际的是 。
【解答】解:(1)由A可知,物体的重力为4N,由E可知,物体浸没在酒精中,弹簧测力计的拉力为3.2N,由称重法可知,物体浸没酒精中时受到的浮力
F浮=G﹣F拉=4N﹣3.2N=0.8N
所以由A、E两个步骤可知物体浸没酒精中时受到的浮力。
(2)观察步骤A、B、C、D发现,物体逐渐浸入水中,排开水的体积逐渐增大,液体的密度不变,弹簧测力计示数逐渐减小,即浮力逐渐增大,所以可得出结论:物体受到的浮力大小与排开液体体积有关。
(3)观察步骤A、D、E发现,物体浸没在不同液体中,排开液体体积相同,液体的密度不同,弹簧测力计示数不同,即物体受到的浮力不同,所以可得出结论:物体受到的浮力大小与液体的密度有关。
(4)由A可知,物体的重力为4N,由D可知,物体浸没在水中,弹簧测力计的拉力为3N,由称重法可知,物体浸没水中时受到的浮力
F浮1=G﹣F拉1=4N﹣3N=1N
则物体的体积等于排开水的体积
V物=V水
则圆锥体的密度
ρ物
(5)因为圆锥形物体“下小上大”,所以随着圆锥形物体浸入水中的深度增加,排开水的体积也增加,但是排开水的体积增大的幅度在变大,根据F浮=ρ液gV排知,浮力变大,且浮力增大的幅度在变大;
根据F浮=G﹣F可知,测力计的示数变小,且测力计示数变小的幅度在变大(即图线逐渐变陡),到圆锥体完全浸没后,浮力不变,测力计的示数也不变,故B图符合题意。
故选B。
故答案为:(1)A、E;0.8;(2)排开液体体积;(3)密度;(4)4;(5)B。
(2023 鼓楼区校级二模)探究影响浮力大小的因素:
实验器材:弹簧测力计(量程0~2.5N,分度值0.05N)、水槽、圆柱体组(铜柱、铁柱、铝柱)、相同规格的圆柱体大物块、细线、水、盐水等;
实验装置:
实验步骤:
(1)按如图所示实验装置图组装好实验器材,读出弹簧测力计示数即为物体重力G,记录在表格中;
(2)拧开矿泉水瓶瓶盖,当水和盐水浸没金属块和大物块后再拧紧瓶盖;
(3)读出此时弹簧测力计示数F,将其记录在表格中;
(4)计算出物体所受浮力F浮大小并填入表格中;
序号 A B C D E
物体重力G/N 0.80 0.65 1.70 2.15 2.15
物体浸没液体中测力计示数F/N 0.70 0.55 1.50 1.40 1.25
物体受到浮力F浮/N 0.10 0.10 0.20 0.75 0.90
分析论证:
(1)由A、B两组实验对比可以得出结论,浮力大小与物体密度 ;
(2)由 两组实验对比可以得出结论,浮力大小与物体浸入液体体积有关;
(3)由D、E两组实验对比可以得出结论,浮力大小与 有关;
评估交流:
(1)往水槽内放水前,矿泉水瓶瓶盖未打开,此时矿泉水瓶内气压 (选填“大于”、“小于”或“等于”)瓶外大气压;
(2)将弹簧测力计固定在木架上,通过矿泉水瓶往水槽注水的方式使物体浸入液体中,这样操作的好处是 ;
(3)由实验数据可知,实验所用的盐水的密度为 kg/m3;
(4)在进行D、E两组实验时没有选用B组实验所用的铁块,而是选用两个体积更大的圆柱体大物块,其原因可能是铁块在水和盐水中的浮力差距小于弹簧测力计分度值,通过增大 增大浮力之差从而得出正确结论。
【解答】分析论证:(1)由A、B实验可知,物体分别为铜块、铁块,浸没在液体中时,两物体受到的浮力相同,则说明浮力的大小与物体的密度无关。
(2)要想探究浮力大小与物体浸入液体体积的关系,应改变物体浸入液体的体积,保持其他量不变,即液体的密度不变,由图可知,A、C实验中,A为一个铜块,C为两个铜块,故浸入液体的体积不同,由表格数据可知,实验A中物体受到的浮力0.10N,实验C中物体受到的浮力0.20N,浮力大小不同,故可得出结论浮力大小与物体浸入液体体积有关。
(3)由D、E两组实验可知,均为大物块,浸入液体的体积相同,但D实验大物块在水中,E实验大物块在盐水中,由表中数据可知,受到的浮力分别为0.75N、0.90N,故所受浮力大小不同,则可得出结论浮力大小与液体密度有关。
评估交流:(1)往水槽内放水前,矿泉水瓶瓶盖未打开,此时瓶内水不会流出,瓶内气压小于大气压。
(2)将弹簧测力计固定在木架上,通过矿泉水瓶往水槽注水的方式使物体浸入液体中,这样操作不需要再用手拿着弹簧测力计测量,几组实验可以同时观察各组弹簧测力计示数,便于比较。
(3)
在水中所受浮力:F水浮=ρ水Vg=0.75N ①
在盐水中所受浮力:F盐浮=ρ盐Vg=0.90N ②
由①②解得: ρ盐=1.2×103kg/m3
(4)由F浮=ρ液V排g可知,物体受到的浮力大小与液体密度与物体排开液体的体积有关,液体密度、排开液体的体积越大,物体所受浮力越大。盐水与水的密度差固定,因此铁块在水和盐水中的浮力差距小于弹簧测力计分度值,可通过增大排开液体体积增大浮力之差从而得出结论。
故本题答案为;分析论证:(1)无关;(2)A、C; (3)液体密度;评估交流:(1)小于 (2)能同时观察各组弹簧测力计示数,便于比较 (3)1.2×103 (4)排开液体体积
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