第2课时 阿基米德原理及应用
阿基米德原理
1.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。
(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 N。石块排开的水所受的重力可由A、D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 排开液体所受重力。
(4)为了得到更普遍的结论,下列继续进行的操作中合理的是 。
A.用原来的方案和器材多次测量取平均值
B.用原来的方案将水换成酒精进行实验
阿基米德原理的应用
2.两个相同的烧杯中分别装满了两种不同的液体,把甲、乙两球分别轻轻放入两杯液体中,最后处于如图所示状态。甲、乙排开液体的重力相等,甲、乙所受浮力相比 ( )
A.甲所受浮力更大 B.乙所受浮力更大
C.甲、乙所受浮力一样大 D.不知道液体密度无法比较浮力大小
3.体积相同的铝球、铜块和木块,浸在液体中的情况如图所示,比较它们受到的浮力大小,正确的是( )
A.铝球受到的浮力最大 B.木块受到的浮力最大
C.铜块受到的浮力最大 D.它们受到的浮力一样大
4.我国第三艘航空母舰“福建舰”,其排水量约为8×104 t,在海面航行时受到的浮力约为 N。(g取10 N/kg)
1.将重6 N的物体浸没在装满水的杯中,溢出了4 N的水,物体受到的浮力是 ( )
A.10 N B.6 N C.4 N D.2 N
2.如图甲所示,某长方体物块系在弹簧测力计下端,在空气中称量时弹簧测力计的示数是5 N,将其体积的浸入装水的容器中不动(不触底),如图乙,弹簧测力计示数减少2 N,则物块完全浸没在水中受到的浮力为 N,物块的密度为 kg/m3。(g取10 N/kg)
3. 如图,贤贤同学将一块金属块放在电子台秤上,台秤示数如图甲,再将盛水的一次性杯子放在电子台秤上,台秤示数如图乙,紧接着他用细线(体积忽略不计)绑住金属块,然后用手提着金属块放入一次性水杯中,让金属块完全浸没但不触底,台秤示数如图丙,整个过程水始终未溢出,金属块完全浸没时受到的浮力为 N;金属块的密度为 kg/m3。查密度表便可知此金属块是什么金属,该方法在生活中俗称“吊水法”,老百姓可用它简单、快捷、准确地鉴别贵重的实心的黄金、玉石、银等首饰的真假。(g取10 N/kg,ρ水=1×103 kg/m3)
4.(2024德州中考)实验项目小组利用弹簧测力计等器材完成以下实验:
探究浮力的大小跟哪些因素有关
(1)物块的重力为 N。 (2)比较A、B、C,可知:浮力大小与 有关。 (3)物块的密度为 kg/m3。(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
5.将物块竖直挂在弹簧测力计下,在空气中静止时弹簧测力计的示数F1=2.6 N。将物块的一部分浸在水中,静止时弹簧测力计的示数F2=1.8 N,如图所示,已知水的密度ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg。求:
(1)物块受到的浮力。
(2)物块浸在水中的体积。
6.(科学探究)在“验证阿基米德原理”的实验中,小松同学准备了如下器材:铁块、细线、盛满水的溢水杯、小桶和弹簧测力计。实验步骤如下:
A.把铁块浸没在装满水的溢水杯中,并用小桶收集铁块所排开的水,同时读出此时弹簧测力计的示数为F1;
B.用弹簧测力计测出小铁块所受的重力F2;
C.测出“空桶和被排开的水”所受的总重力F3;
D.测出空桶所受的重力F4。
(1)上述步骤较为合理的排序为 (填字母)。
(2)铁块浸没在水中时所受的浮力F浮= 。(用图中所给物理量符号表示)
(3)铁块排开的水受到的重力G排= 。(用图中所给的物理量符号表示)
(4)经过(2)(3)步骤的计算后,若F浮 G排,则可以验证阿基米德原理;小松同学在进行A步骤时,石块浸入水中的速度太快,导致F浮 G排。(均选填“大于”“等于”或“小于”)
(5)小松同学进一步深入研究,绘制出了当液体的密度不变时F浮与V排的图像(如图E所示)。根据图像可知,液体的密度为 kg/m3。(g取10 N/kg)
【详解答案】
课堂达标
1. (2)1.4 (3)等于 (4)B
2.C 3.D
4.8×108
课后提升
1.C 解析:由已知条件可知G排=4 N,由阿基米德原理可得F浮=G排=4 N。
2.4 1.25×103
解析:在空气中称量时弹簧测力计的示数是5 N,即物块的重力G=F1=5 N,物块体积的浸入水中时,物块受到的浮力:F浮1=G-F2=ΔF=2 N;由F浮=ρ水V排g可得,此时物块排开水的体积:V排1===2×
10-4 m3,则物块的体积:V=2V排1=2×2×10-4 m3=4×10-4 m3,所以物块浸没水中受到的浮力为:F浮=ρ水gV排=ρ水gV=
1.0×103 kg/m3×10 N/kg×4×10-4 m3=4 N;由G=mg=ρVg可得物块的密度:ρ===1.25×103 kg/m3。
3.0.08 12.5×103
解析:金属块浸没在水中受到浮力的作用,由于力的作用是相互的,因此金属块会给水向下的压力,导致台秤示数变大,因此台秤增加的压力等于金属块受到的浮力为ΔF浮=ΔF压台=Δm台g=(320 g-312 g)×10 N/kg=0.008 kg×10 N/kg=0.08 N。金属块浸没时排开液体的体积等于金属块的体积,则金属块的体积为V金=V排==
=8×10-6 m3=8 cm3,甲图中金属块的质量为100 g,金属块的密度为ρ金===12.5 g/cm3=
12.5×103 kg/m3。
4.(1)4.2 (2)液体密度 (3)3×103
解析:(1)由图A可知,弹簧测力计的分度值为0.2 N,物块的重力为4.2 N。
(2)比较图B、C,物块浸入液体的体积相同、液体的密度不同,根据称重法由图A、B、C可知,物块受到的浮力大小不同,由此可得:浮力大小与液体密度有关。
(3)由图A、B可知,物块浸没在水中受到的浮力F浮=G-FB=4.2 N-2.8 N=1.4 N,物块的体积等于物块浸没时排开水的体积,即V=V排===1.4×10-4 m3,物块的质量m===0.42 kg,物块的密度ρ===3×103 kg/m3。
5.解:(1)由称重法可得物块受到的浮力:F浮=F1-F2=2.6 N-1.8 N=0.8 N;
(2)由F浮=ρ水gV排可得,物块浸在水中的体积:V排===8×10-5 m3。
答:(1)物块受到的浮力为0.8 N;
(2)物块浸在水中的体积为8×10-5 m3。
6.(1)DBAC (2)F2-F1 (3)F3-F4 (4)等于 大于 (5)1.2×103
解析:(5)由图E知,当V排=200 cm3=2×10-4 m3时,受到的浮力为2.4 N,由阿基米德原理F浮=ρ液gV排知,液体的密度是:ρ液===1.2×103 kg/m3。第3节 科学探究:浮力的大小
第1课时 浮力大小与什么因素有关
浮力大小的影响因素
1.如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减小的阶段是( )
A.①→② B.②→③
C.③→④ D.④→⑤
2.(2024保定期末)如图所示,将漂浮在水面上的木块缓慢向下压,当木块全部浸入水中后仍继续向下压一段距离,在整个过程中,木块所受的浮力 ( )
A.先变大后变小 B.先变大后不变
C.先不变后变大 D.先变小后变大
3.如图所示,对于水中正在上升的气泡,下列说法中正确的是 ( )
A.压强变大,浮力变大 B.压强变小,浮力变大
C.压强变小,浮力变小 D.压强变大,浮力变小
4.取一只小塑料袋(重力忽略不计),袋内装满水,用细线把袋口扎紧(袋内不留空气),用弹簧测力计测量水的重力如图所示,水的重力为 N。将这袋水逐渐浸入水中,弹簧测力计读数逐渐变小,表明水袋所受浮力的大小随浸在水中的体积的增大而 。当水袋全部浸没后,随着浸没深度的增加,这时塑料袋受到的浮力 。(后两空均选填“增大”“减小”或“不变”)
5.(2024沧州期末)某实验小组在探究影响浮力大小的因素时,做了如图所示的实验。观察图片并分别比较图中有关数据可知:
(1)当物体逐渐浸入水中,物体底面所受压强将逐渐 。
(2)当物体浸没在水中时,受到的浮力为 N。
(3)比较(b)(c)两图,可以得出 越大,物体受到的浮力越大。
(4)比较 两图可知,物体所受浮力的大小与液体密度有关。
1.(2024河南中考)宋朝的怀丙利用浮船打捞铁牛,展现了我国古人的智慧。如图为打捞过程示意图,先将陷在河底的铁牛和装满泥沙的船用绳索系在一起,再把船上的泥沙铲走,铁牛就被拉起,然后把船划到岸边,解开绳索卸下铁牛,就可将铁牛拖上岸。船在图中甲、乙、丙三个位置所受浮力分别为F甲、F乙、F丙,下列判断正确的是 ( )
A.F甲=F乙=F丙 B.F甲>F乙>F丙
C.F甲=F乙>F丙 D.F甲2.(新科技)(2024枣庄中考)我国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟万米深处多次成功坐底,标志着我国在载人深潜领域达到了世界领先水平。“奋斗者”号在水面以下下潜过程中,受到的( )
A.压强增大,浮力增大 B.压强不变,浮力增大
C.压强增大,浮力不变 D.压强不变,浮力不变
3.一长方体物块浸没在装有足够深的水的容器中恰好处于静止状态。该物块的上表面受到水的压力为1.8 N,受到的浮力为1.2 N,则其下表面受到水的压力为 N。若使它再下沉5 cm,则其所受浮力为 N。
4.(2024西藏中考改编)在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中,操作步骤如图所示。
(1)操作乙中,物体受到的浮力为 N。
(2)分析比较操作甲、丙、丁可得出的初步结论是:在同一液体中,物体受到的浮力,与物体浸没的深度 。
(3)根据图中给出的信息,你还可以分析得出什么结论 (写出一条即可) 。
5.在“探究浮力大小与什么因素有关”的实验中,所用器材为:材料相同、但体积不同的长方体物块A、B,两只相同的烧杯,内装等量清水,并利用这些器材进行了如图所示的四步实验。
(1)为了准确测出物体的重力,把物体悬挂在竖直的弹簧测力计下端的挂钩上,当弹簧测力计和物体都 时,读出弹簧测力计的示数。
(2)物块A在水中所受浮力的大小 N。
(3)比较以上四次实验,请你总结浮力大小与物体排开液体体积关系的实验结论是 。
(4)小强同学想继续探究浮力大小与液体密度是否有关,他向乙烧杯中加盐并不断搅拌(液体体积不变),通过比较甲、乙两烧杯中A、B两物块所受浮力大小得出结论;小明认为这样的方案不可行,因为没有控制物体排开液体的体积相同,于是在以上方案的基础上提出了改进的思路。
①向上提物块B, ,比较此时A、B两物块所受浮力大小是否相等;
②小阳同学则认为无需调整,只要比较 就可得出结论。
6.(科学探究)(2024青岛中考)小明在海边游泳时,发现塑料泡沫板浮在水面上,石块却沉入水底,由此,他进行了有关浮力的实验探究。
(1)如图甲所示,用弹簧测力计测出石块的重力为 N。
(2)将石块缓慢浸入水中,弹簧测力计示数 ,石块浸没后,在触底之前,弹簧测力计示数 ,说明浮力的大小与 有关。
(3)将 相同的实心铜块和铝块分别浸没于水中,若发现它们所受的浮力大小 ,说明浮力的大小与物体密度无关。
(4)将一个两端蒙有橡皮膜的玻璃管,分别以图乙和图丙的方式浸没于水中,能反映浮力产生原因的是图 。
【详解答案】
课堂达标
1.D 2.B 3.B
4.2.8 增大 不变
5.(1)变大 (2)1 (3)物体浸在液体中的体积 (4)(c)(d)
课后提升
1.B 解析:甲、乙、丙三个位置船浸入水的体积逐渐变小,所受浮力逐渐变小,故F甲>F乙>F丙。故选B。
2.C 解析:载人潜水器浸没在水中后,在继续下潜的过程中,所处的深度变大,由p=ρ液gh可知,载人潜水器受到海水的压强增大;载人潜水器浸没在水中后,在继续下潜的过程中,浸在海水中的体积不变,深度变大,载人潜水器受到的浮力与浸在海水的体积有关,与深度无关,载人潜水器受到的浮力不变。故选C。
3.3 1.2 解析:由浮力产生的原因可知,物块受到的浮力:F浮=F下表面-F上表面,则F下表面=F浮+F上表面=1.8 N+1.2 N=
3 N,物块是浸没的,若使它再下沉5 cm,浸在液体中的体积不变,浮力大小不变,故为1.2 N。
4.(1)0.2 (2)无关
(3)当物体排开液体的体积相同时,液体密度越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大(合理即可)
解析:(1)由甲可知,物体的重力为4 N,由乙可知,物体浸在水中时弹簧测力计对物体的拉力为3.8 N,根据称重法可知,物体受到的浮力为F浮=G-F拉=4 N-3.8 N=0.2 N。(2)比较操作甲、丙、丁可知,物体浸没在水中后,随着深度的增加,弹簧测力计的拉力不变,根据F浮=G-F拉可得物体所受浮力不变,故在同一液体中,物体受到的浮力与物体浸没的深度无关。(3)通过分析比较操作甲、丙、戊可知,当物体排开液体的体积相同时,液体的密度越大,弹簧测力计的示数越小,说明物体受到的浮力越大,因此可初步得出结论:当物体排开液体的体积相同时,液体密度越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大。
5.(1)静止 (2)2 (3)液体密度相同时,物体排开液体的体积越大,所受浮力越大
(4)①使两烧杯中液面相平 ②乙烧杯中加盐前后,弹簧测力计的示数大小是否变化
解析:(1)当弹簧测力计和物体都静止时,处于平衡状态,则物体受到的拉力和重力是一对平衡力,弹簧测力计的示数等于物体所受重力的大小。(2)由图甲可知,物块A的重力GA=4 N,物块A浸没在水中时弹簧测力计的示数F3=2 N,则物块A在水中所受的浮力大小F浮=GA-F3=4 N-2 N=2 N。(3)物块B在水中所受的浮力大小F浮B=GB-F4=6 N-3 N=3 N。由图(c)(d)可知,物块B排开水的体积大于物块A排开水的体积,物块A受到的浮力小于物块B受到的浮力,所以可以得出实验结论是液体密度相同时,物体排开液体的体积越大,所受浮力越大。(4) ①由于实验中需要控制排开液体的体积相同,改变液体的密度,由于液体体积不变,所以当液面相平时,物块A、B排开液体的体积相同,比较此时A、B两物块所受浮力大小是否相等。②由于物块B浸没在乙烧杯中,排开液体的体积不变,向乙烧杯中加盐后,改变液体的密度,所以只要比较乙烧杯中加盐前后,弹簧测力计的示数大小是否变化,即可比较物体受到的浮力大小与液体密度是否有关。
6.(1)1.4 (2)变小 不变 物体排开液体的体积 (3)体积 相等 (4)丙
解析:(1)弹簧测力计的分度值为0.2 N,示数为1.4 N,所以用弹簧测力计测出石块的重力为1.4 N。(2)由于石块浸入水中时会受到水对其的浮力作用,浮力的方向为竖直向上,根据称重法可知,将石块缓慢浸入水中,石块排开水的体积变大,石块受到的浮力会变大,受到弹簧测力计的拉力变小,弹簧测力计示数变小;石块浸没后,在触底之前,石块排开水的体积不变,石块受到的浮力不变,弹簧测力计对其的拉力不变,弹簧测力计的示数不变;由此可说明浮力的大小与物体排开液体的体积有关。(3)根据(2)分析以及控制变量法可知,若要探究浮力的大小与物体密度的关系,需控制物体的体积相同、液体的密度相同;所以,将体积相同的实心铜块和铝块分别浸没于水中,若发现它们所受的浮力大小相等,说明浮力的大小与物体密度无关。(4)当两端蒙有橡皮膜的玻璃管沿水平方向放置时,由于同一深度,液体压强相等,且受力面积相等,所以水对玻璃管两端的橡皮膜的压力F向左和压力F向右的大小相等;当玻璃管沿竖直方向放置时,水对玻璃管两端的橡皮膜的压力F向上大于F向下,竖直方向的合力不为0,方向竖直向上;结合图可知,水会对玻璃管产生一个向上的和向下的压力,且大小不相等,压力差F差=F向上-F向下,实际上,这个压力差就是液体对物体的浮力;所以丙图可以说明浮力的产生原因。
