2025年中考物理-实验重难突破(通用版)实验16验证阿基米德原理(原卷版+解析)

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名称 2025年中考物理-实验重难突破(通用版)实验16验证阿基米德原理(原卷版+解析)
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资源类型 试卷
版本资源 通用版
科目 物理
更新时间 2025-05-10 07:48:10

文档简介

实验16 验证阿基米德原理
实验:验证阿基米德原理
【实验目的】验证阿基米德原理
【实验设计】
【实验器材】弹簧测力计、物体(ρ物>ρ液)、溢水杯、小桶、细线、水、盐水
【进行实验与收集证据】
(1)用细线将空小桶系好,挂在弹簧测力计下,测出其所受的重力G桶;
(2)用细线将小石块系住,挂在弹簧测力计下,测出小石块所受的重力G石;
(3)将溢水杯装满水,再将小桶放在溢水杯的溢水口下,使溢出的水刚好能流入小桶;
(4)将小石块慢慢放入水中,读出此时弹簧测力计的示数F,则小石块受到的浮力F浮=G石-F;
(5)测出小桶和排开的水所受的总重力G总,则排开的水所受的重力G排=G总-G桶;
(6)换用不同质量的小石块,重复上述实验步骤,再做几次,并将实验数据填入表格中:
实验次数 G桶/N G 石/N F/N G 总/N F 浮/N G 排/N
1
2
3
【分析论证】
实验次数 G桶/N G 石/N F/N G 总/N F 浮/N G 排/N
1 1.0 2.0 1.0 2.0 1.0 1.0
2 1.0 2.8 1.4 2.4 1.4 1.4
3 1.0 3.6 1.8 2.8 1.8 1.8
由实验序号1(或2或3),可以计算物体受到的浮力为:F浮= G- F-=1.5N-0.5N=1N
排开液体所受的重力为:G排= G总- G桶=2.2N-1.2N=1N
可见:F浮= G排
【实验结论】物体在液体中受到的浮力大小与它排开的液体所受的重力大小相等。
《验证阿基米德原理》常考问题:
(1)弹簧测力计的使用:弹簧测力计使用前要调零及认清分度值、量程,同时拉动一下挂钩。
(2)实验目的:验证浸在液体中的物体受到浮力,大小等于物体排开液体的重力,即F浮=G排液。
(3)如何测得浮力的大小:通过称重法得到,即F浮=G物-F拉
(4)如何测得排开水的重力:G排液=G桶+水-G桶
(5)实验中,物块的选择有什么要求:①不能太重,以免超过弹簧测力计的量程;②物块体积不能太小。如物块体积为10cm3,浸没在水中受到浮力为0.1N,若弹簧测力计分度值为0.2N,则上面两公式中的F浮和G排液无法准确测量。③不能吸水;物块的密度大于水的密度等。
(6)为准确测得G排液,溢水杯中一定要装满水,否则测得G排液将偏小。
(7)物块不需要浸没到水中,但物块浸入水中要缓慢,防止有水溅出。
(8)实验结论:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。
(9)看图排出合理的实验步骤:丙甲丁乙。
先分别测出空桶的重力和物体的重力,再将物体浸没在液体中读出弹簧测力计的示数,最后测出桶与排出液体的总重力。
(10)可以计算物体完全浸没时的体积:、物体的密度:
(11)实验改进:该实验可通过多种生活化物品完成探究,因此利用各种物品对该实验进行改进并完成液体或固体密度的测量是本实验的重点和难点。
【典例1】
某实验小组做“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”实验。
实验步骤 A B C D
弹簧测力计的示数/N 3.2 3.6 1.2 0.8
【设计实验与进行实验】
(1)进行实验前应对弹簧测力计进行调零。
(2)小华在进行实验时的部分实验操作如上图所示,遗漏的主要步骤是 。若将遗漏的步骤标注为D,最合理的实验步骤顺序是 (用实验步骤对应的字母表示)。
(3)小明进行实验并把数据记录在上面表格中。从表中数据可知,石块受到的浮力是 N,排开液体的重力是 N。
【分析与论证】分析实验数据,可得出实验结论:浸在液体中的物体所受的浮力大小 物体排开液体所受的重力。
【答案】测空桶的重力 DBAC 0.4 0.4 等于
【解析】(2)[1]本实验需要测量排开液体所受的重力,结合其他实验步骤可知,缺少的主要步骤是测量空桶所受的重力,这样才能结合步骤C得到排开液体所受的重力。
[2]为保证实验结果的准确性,减小误差,应当先测量空桶与小石块的重力,再将小石块放入水中,最后测量排开液体与小桶的总重力从而得到排开液体的重力,所以正确的顺序为DBAC。
(3)[3]由实验步骤和表中数据可知,石块所受重力为3.6N,在步骤A中,石块受到拉力、浮力与重力的作用,受到的拉力为3.2N,根据称重法可知石块受到的浮力是
[4]由步骤C与步骤D可知,排开液体与小桶的总重力为1.2N,空桶的重力为0.8N,所以排开液体所受重力为
[5]根据计算结果可知浸在液体中的物体所受的浮力大小等于物体排开液体所受的重力。
【典例2】
为了探究浮力的大小跟排开的液体所受重力的关系,小明做了如图甲所示的实验。
(1)实验前弹簧测力计要 及认清分度值、量程,同时拉动一下挂钩;
(2)如图甲所示,石块的重力是 N,排开液体的重力是 N。得到的结论是:浸没在液体里的物体,受到的浮力的大小 排开液体所受的重力;
(3)请你根据图中的实验数据,计算出石块的密度为 ;
(4)学习结束后,小组反复讨论,改进了老师的实验,改进后的实验装置如图乙所示,其中A、B是弹簧测力计,C为重物,D为薄塑料袋(质量不计),E是用废弃的大号饮料瓶、带孔橡皮塞和弯曲玻璃管自制的溢水杯,杯中加入红色的水,F是可升降平台,G为铁架台。
①实验前,在选择A、B两个弹簧测力计时,很多同学认为选择任何规格的弹簧测力计都可以,而小军同学认为应选择 (选填“规格相同”或“规格不同”)的弹簧测力计;
②实验中,同学们逐渐调高平台F,使重物浸入水中的体积越来越大,观察到弹簧测力计A的示数 (选填“增大”“减小”或“不变”)。比较弹簧测力计A的示数变化量和弹簧测力计B的示数变化量,它们的大小关系是 (选填“>”“<”或“=”)。
【答案】(1)调零
(2)3.2 1.6 等于
(3)
(4)规格相同 减小 =
【解析】(1)根据弹簧测力计的使用方法可知,实验前弹簧测力计要进行调零,并看清分度值、量程,同时拉动一下挂钩。
(2)[1]由图甲可知,用弹簧测力计测石块重力时,弹簧测力计的示数为3.2N,则石块的重力为3.2N。
[2]由图甲可知,空桶的重力为,桶和排开液体的重力为,则排开液体的重力是
[3]由称重法可知,石块受到的浮力为
由此可得浸没在液体里的物体,所受到的浮力的大小等于排开液体所受到的重力。
(3)石块的质量为
石块浸没在液体中,石块的体积等于排开液体的体积,则石块的体积为
石块的密度为
(4)①[1]实验中为了测量的结果更加精确,所以应选用规格相同的弹簧测力计。
②[2]当重物浸入水中的体积越来越大,由可知,物体所受的浮力越来越大,对弹簧测力计的拉力逐渐变小,即弹簧测力计的示数会变小。
[3]弹簧测力计A的示数变化量等于物体所受的浮力,弹簧测力计B的示数变化量等于排开液体所受的重力,根据阿基米德原理可知这两个弹簧测力计示数的变化量刚好相等。
【训练1】
小丽在家利用小桶、弹簧测力计、水、带溢水口的容器等器材探究阿基米德原理,其中桶A是圆柱形。
(1)上图中是小丽操作的各个步骤,你认为最佳的操作顺序是______;
A.乙、丙、甲、丁 B.甲、丁、乙、丙
C.乙、甲、丙、丁 D.乙、丙、丁、甲
(2)将桶A轻放入盛满水的溢水杯中,用桶B接住溢出的水,如图丙所示,则空桶A受到的浮力为 N;
(3)测出桶B和溢出水的总重力,如图丁所示,则桶A排开水的重力 (选填“大于”“小于”或“等于”)桶A受到的浮力;
(4)接着小丽往桶A中加入沙子进行实验,得到4组数据,记录数据的表格如下,其中有明显错误的是第 次实验的数据;
次序 1 2 3 4
桶A与沙子的总重力/N 2.4 2.8 3.2 3.4
桶B与水的总重力/N 4.0 4.4 4.6 5.0
(5)实验中,加入的沙子越多,桶A浸入水中就越 (选填“深”或“浅”),说明在液体密度一定时,浮力随排开液体体积的增大而 (选填“增大”或“减小”)。
【答案】(1)C
(2)2
(3)等于
(4)3
(5)深 增大
【解析】(1)阿基米德原理的探究过程中需要先分别测量物体的空桶的重力和重力,然后将物体浸没在溢水杯中,最后测量桶和水的总重力,因此正确的顺序是乙、甲、丙、丁,故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
(2)丙图中空桶A漂浮,受到的浮力与其重力大小相等,据甲图可知空桶A受到的重力为2N,则空桶A受到的浮力为2N。
(3)据乙图可得空桶B的重力为1.6N,丁图中排出水和桶B的总重力为3.6N,则桶A排开水的重力为
可得物体排开水的重力等于物体受到的浮力。
(4)桶A中加入沙子进行实验时,装有沙子的桶A在水中仍然处于漂浮状态,则排开水的重力等于桶A受到的浮力,也等于桶A和沙子受到的总重力,第3组数据中
不等于桶A与沙子的总重力3.2N,则该组数据是错误的。
(5)[1][2]沙子越多则越重,排开水的体积越多,受到的浮力越大,桶A浸入水中深度就越深,因此可以得到在液体密度一定时,浮力随排开液体体积的增大而增大。
【训练2】
小明设计了两个实验来验证“阿基米德原理”。
实验一:
研究对象是密度大于水的合金块,实验步骤如图甲所示,弹簧测力计在4个步骤中的示数分别为、、、。
(1)按图甲中的顺序测出的排出水的重力将 (选填“偏大”或“偏小”)。
(2)图甲中合理的实验顺序是 (填序号)。
(3)当实验中的测量结果满足 时(均用图中测力计示数表示),说明物体浸没在水中时阿基米德原理成立。
(4)按照合理的顺序进行实验,下列情况会影响验证结果的是______(填字母)。
A.溢水杯内未盛满水
B.合金块未全部浸入水中
C.合金块浸入水中过深(不碰到容器底)
(5)该实验中小明用了图乙中的弹簧测力计,实验前有A、B两个合金块(A.、 B.、)可供选择。
他应选 。原因是 。
实验二:
小明继续用密度小于水的物块C来研究,他设计了如下步骤。
A.用天平测量物块C的质量m。
B.在量筒中注入适量的水,记录水的体积。
C.将物块C放入量筒中,当其漂浮时,记录量筒此时的读数。
当 (利用题中所测及常用物理量符号表示,水的密度为)成立时,说明物体在水中处于漂浮状态时阿基米德原理也是成立的。
【答案】(1)偏小
(2)④①②③/①④②③
(3)
(4)A
(5) 浸没后所受的浮力小于弹簧测力计的分度值,不能准确测出受到的浮力
【解析】(1)按甲中的顺序测出的排出水的重力,水桶中有水残留,所测的桶的质量偏大,排出水的重力将偏小。
(2)为了准确测量物体受到的浮力和排开液体的重力,合理顺序可以是先测量物体重力(即④步骤或①步骤放在前面),然后将物体浸没在水中测量此时弹簧测力计示数(即②步骤),接着收集排开的水,最后测量桶和水的总重力(即③步骤),所以甲中合理的实验顺序是④①②③(或①④②③ )。
(3)[1][2]根据阿基米德原理,物体受到的浮力等于排开的水的重力,即
(4)A.溢水杯内未盛满水,会导致排出水的体积不准确,从而影响验证结果,故A符合题意;
B.合金块 未全部浸入水中,不会影响验证结果, 因为实验中测量的是浮力,只要物体部分浸入水中浮力就会存在,故B不符合题意;
C.合金块浸入水中过深(不碰 到容器底),不会影响验证结果,因为只要物体不碰到容器底,就不会影响浮力的测量,故C不符合题意。
故选A。
(5)[1][2]A合金块体积
B合金块体积
金属块浸没时,排开液体的体积等于金属块的体积,则A金属块浸没在水中时,受到的浮力为
B金属块浸没在水中时,受到的浮力为
由于使用乙图所示的弹簧测力计,测力计的分度值为0.2N,A金属块受到的浮力小于测力计的分度值,不能准确测出A受到的浮力;B金属块的受到的浮力大于测力计的分度值,测量准确,故他应该选择B金属块。
[3]在量筒中注入适量的水,记录水的体积V1, 将物块C放入量筒中,当其漂浮时,记录水面此时体积V2, 故物块C排开水的体积, 物块C漂浮,则F浮=G=mg
根据阿基米德原理:, 因此,当成立时,说明物体在水中处于漂浮状态时阿基米德原理也是成立的。
【训练3】
某物理兴趣小组利用弹簧测力计、水、小石块(不吸水)、溢水杯、小桶、细线等实验器材探究浮力的大小与排开液体所受的重力的关系。
(1)如图所示的甲、乙、丙、丁四个实验步骤,最合理的实验顺序是 ;
(2)兴趣小组的同学换用不同的物体(不吸液体)和液体按科学合理的顺序进行了多次实验,通过实验得出 (用表示),从而验证了阿基米德原理的正确性;
(3)若在甲步骤中,忘记将溢水杯中液体装满,其他步骤无误,则会得出 (选填“>”、“<”或“=”)(小桶中液体所受重力)的结论;
(4)兴趣小组的同学换用不同的物体(不吸液体)和液体进行了多次实验,其目的是 。
【答案】(1)丙、甲、丁、乙
(2)
(3)>
(4)得出普遍规律
【解析】(1)为了使小桶在接水之后可直接计算水的重力,应先测量空桶的重,然后再测出石块的重力,并直接浸入水中观察测力计的示数,最后测排出的水和小桶的总重,求排出的水的重力,所以最合理的顺序应为:丙、甲、丁、乙。
(2)由阿基米德原理可知,浸入液体中的物体受到的浮力等于排开液体的重力,由图可知,物体受到的浮力
物体排开液体的重力
所以可得
(3)在图甲步骤中,忘记将溢水杯中液体装满,则物体浸入液体中时,溢出液体的重力偏小,所以实验时物体受到的浮力大于溢出水的重力,故会得出F浮>G排的结论。
(4)探究浮力的大小与排开液体所受的重力的关系时,为了避免实验的偶然性,得到普遍规律,需要换用不同的物体和液体进行多次实验。
【训练4】
兴趣小组利用弹簧测力计、物块、溢水杯、小桶、铁架台等器材验证阿基米德原理。(细线的质量和体积均忽略不计)
(1)使用弹簧测力计前,要将指针调在 位置。
(2)实验中所用物块的重力为 N。
(3)同学们发现溢水杯中未装满水,如图甲所示,这样实验会使测得的溢出水的重力 (选填“偏大”或“偏小”)。
(4)溢水杯装满水后,将物块浸没在水中,如图乙所示,物块受到的浮力为 N,物块受到的浮力大小与它排开水所受的重力大小 。
(5)继续实验,将物块浸没在装满酒精的溢水杯中,如图丙所示,发现,说明物块受到的浮力大小与 有关。图丙溢水杯中酒精的密度为 。
【答案】(1)零刻度线
(2)4
(3)偏小
(4)1 相等
(5)液体密度
【解析】(1)使用弹簧测力计时,为了测量准确,使用前应先观察其量程、分度值,同时要检查指针是否指在零刻度线处。若指针不指零,就需要进行校零操作,所以要将指针调在零刻度线位置。
(2)观察题图甲,弹簧测力计的示数就是物块的重力,从图中可直接读出物块重力为4N。
(3)溢水杯中未装满水,当物块浸入时,水先要充满溢水杯才会溢出,这样溢出的水的体积小于物块浸入液体的体积,实验会使测得的溢出水的重力偏小。
(4)[1][2]物块的重力F1=4N,物块浸没在水中时弹簧测力计示数F3=3N,根据称重法测浮力可知物块浸没在水中受到的浮力
因为F4=1.5N,F2=0.5N,物块排开的水所受的重力
所以物块受到的浮力大小与它排开的水所受的重力大小相等。
(5)[1]换用酒精继续实验,发现此时,由称重法可知,在酒精中物块受到的浮力变小。在这个过程中,物块排开液体的体积相同,但是液体的种类不同(水和酒精密度不同),浮力不同,这就说明浮力的大小与液体的密度有关。
[2]因为物体在水中受到的浮力为1N,故其体积为
物块的重力F1=4N,物块浸没在酒精中时弹簧测力计示数F5=3.2N,物体在酒精中受到的浮力为
酒精的密度为。
【训练5】
某实验小组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 分别测出空桶和石块的重力,其中石块的重力大小为 N;
(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 (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 排开水所受的重力(选填“大于”“等于”或“小于”);
(4)若溢水杯的水没有装满,则会导致本实验测量的F浮 G排(选填“大于”、“等于”或“小于”)。
【答案】(1)弹簧测力计 3.8
(2)1.4 AD
(3)等于
(4)大于
【解析】(1)[1]测量力的工具是弹簧测力计,所以应该用弹簧测力计测出空桶和石块的重力。
[2]由题图B可知,石块的重力为3.8N。
(2)[1]由称重法可知石块受到的浮力大小为
[2]根据D图可测出桶和排开水的总重力,根据A图可得到桶的重力,所以根据AD两个图能得到排开水的重力。
(3)根据(2)知F浮=1.4N,排开水的重力为
故可以得出浸在水中的物体所受浮力的大小等于排开水的重力,即F浮=G排。
(4)溢水杯的水没装满,物体放入溢水杯时,先要使溢水杯满了才可以向外排水,导致排开水的重力偏小,则测得的浮力大于排开水的重力,即F浮>G排。
【训练6】
在“验证阿基米德原理”的实验中,小明设计的实验报告(部分)如下,请填写空格处的内容。
实验目的:定量研究浸没在液体中的物体受到的浮力与它排开液体 之间的关系。 实验器材:金属块、细线、量筒、 、和适量的水等。 实验步骤: 1.记下金属块悬挂在空气中时弹簧测力计的示数; 2.在量筒中盛适量的水,记下水面示数; 3.将金属块完全浸没在水中,记下水面示数、弹簧测力计的示数; 4.用 表示物体所排开液体的体积(用字母表示); 5.用 表示物体所受的浮力(用字母表示)……
【答案】重力 弹簧测力计
【解析】[1]阿基米德原理研究的是物体受到的浮力与物体排开液体受到的重力之间的关系。
[2]实验中需要测量金属块的重力和金属块在液体中受到的拉力,所以还需要的仪器是弹簧测力计。
[3]量筒内原来液体的体积为,将金属块浸没后,水面示数,则物体所排开液体的体积为
[4]金属块悬挂在空气中时弹簧测力计的示数,即金属块的重力为;将金属块完全浸没在水中,弹簧测力计的示数,即金属块受到的拉力为,金属块受到的浮力为
【训练7】
某实验小组利用弹簧测力计、小石块、溢水杯等器材,探究“浮力的大小与排开液体所受重力的关系”。
(1)弹簧测力计使用前要先进行竖直 ;
(2)探究实验的实验步骤如图中甲、乙、丙、丁所示,合理的实验顺序是 ;
(3)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,所测出排出水的重力为 N;
(4)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它 ;
(5)以下情况会影响结论的是 ;
A.未放入石块前溢水杯中水面未到达溢水口 B.图甲中物体未全部浸没在水中
(6)小明将装满水的溢水杯放到电子秤上,再用细线挂着铝块,将其缓慢浸入溢水杯中如图戊所示,在铝块浸入水的过程中 (始终不碰到杯底),溢水杯底所受水的压力 ,电子秤的读数 。 (均选填“变大”、“不变”或“变小”)
【答案】(1)调零
(2)丁、乙、甲、丙
(3)2 2
(4)排开液体的重力
(5)A
(6)不变 不变
【解析】(1)由于弹簧测力计需要在竖直方向上测量石块的重力,为了减小测量误差,所以在使用前,需要先在竖直方向上调零。
(2)为了使小桶在接水之后可直接计算水的重力,减小误差,应先测量空桶的重;实验中利用二次称重法得到石块浸入水中受到的浮力,则应先测量石块在空气中的重力,再将石块直接浸入水中观察测力计的示数,然后求出石块浸入水中的浮力,最后测量小桶和水的总重力,得到石块排出的水的重力,最合理的顺序应为:丁、乙、甲、丙。
(3)[1]乙图中弹簧测力计分度值为0.2N,示数为3.4N,则石块的重力为3.4N,由甲图可知,石块浸没在水中,弹簧测力计对石块的拉力为1.4N,根据称重法可知,石块受到的浮力
[2]由图丙可知,小桶和水的总重力为3.2N,由图丁可知,小桶的重力为1.2N,则石块排开的水所受的重力
(4)由以上计算结果可知
即石块受到的浮力等于石块排开水的重力,所以可得结论是浸在水中的物体所受浮力的大小等于它排开液体的重力。
(5)A.未放入石块前,溢水杯中水面未到达溢水口,则放入石块后,排开水的体积小于石块浸入水中的体积,所以会影响结论,故A符合题意;
B.图甲中物体未全部浸没在水中,排开水的体积仍等于物体浸入水中的体积,所以不会影响结论,故B不符合题意。
故选A。
(6)[1]铝块浸没在水中静止时与铝块未浸入水中时相比,溢水杯中水的深度不变,水对溢水杯底的压强不变,溢水杯底面积不变,所以水对溢水杯底的压力不变。
[2]由于溢水杯中装满水,铝块浸没在水中静止时,铝块对水的压力大小与浮力相等,所以电子秤示数不变。
【训练8】
在“验证阿基米德原理”的实验中,当讨论到“如何测量?”时,小段提出:“可以将物体浸入装满水的容器中,将溢出的水接住测量其重力大小就是的大小。”你认为小段的方法可行吗? 。请阐述理由 。
小周受到启发后,提出可用如图(a)器材进行优化。
①如图(c)所示,是小周在使用 测量石块的 。该仪器在使用前需沿力的方向
②若图中四个测量值、、、满足关系式 ,则阿基米德原理将得到验证。
③以下关于实验过程中的操作,不会影响验证结果的是 。
A.图(a)中溢水杯内未盛满水 B.图(b)中小桶内有少量水
C.图(d)中石块未浸没水中 D.图(d)中石块碰到了容器底部
【答案】可行(或不可行) 只要能把溢出的水全部接住测量其重力,即得到的值(或因为水从容器四周溢出,会有较多水挂壁,测出接住的水的重力小于) 弹簧测力计 重力 调零 BC
【解析】[1][2]小段的方法可行,但要注意,需将溢出的水全部接住并测量其重力,即得到的值,不能洒出(或不可行,水从容器四周溢出,会有较多水挂壁,测出接住的水的重力小于)。
①[3][4][5]由图(c)可知,小周使用弹簧测力计测量石块的重力。由于重力的方向是竖直向下的,所以在使用弹簧测力计前,为了测量准确,应将通过测力计在竖直方向上调零。
②[6]由实验步骤可知,物体受到的浮力F浮=F2-F3;物体排开水的重力G排=F4-F1;如果F2-F3 = F4-F1,则阿基米德原理将得到验证。
③[7]A.图(a)中溢水杯内未盛满水,会使溢出的水减少,会影响实验结果,故A不符合题意;
B.图(b)中小桶内有少量水,石块排开水受到的重力仍然等于F4-F1,小桶中有水不会影响实验结果,故B符合题意;
C.阿基米德原理是研究浸在液体中的物体受到浮力的大小与排开液体受到重力的关系,包括石块完全浸没和部分浸没,所以图(d)中石块未浸没水中不会对实验造成影响,故C符合题意;
D.图(d)中石块碰到了容器底部,会使测力计示数减小,浮力测量偏大,大于G排,所以会对实验产生影响,故D不符合题意。
故选BC。
【训练9】
同学们在学习了“阿基米德原理”后,仔细观察了黄老师做的如图(甲)所示的演示实验。物理兴趣小组的同学们经过讨论,提出阿基米德原理的成立,是否一定要以物体全部浸入液体为前提条件,提出了一个新的实验方案,并动手制作出了如图(乙)所示实验装置,其中A、B为两个规格相同的弹簧测力计,C为重物,D为薄塑料袋(质量不计),E是自制的溢水杯,F是升降平台(摇动手柄,可使平台高度缓慢上升、下降),G为铁架台。
(1)在“验证阿基米德原理”的实验过程,此实验目的是为了验证物体受到的 与 的关系;
(2)在本实验中,弹簧测力计在使用之前,必须先 ;
(3)如图甲中,你认为最合理的实验操作顺序是 (填写实验序号);
(4)同学们逐渐调高平台F,使重物浸入水中的深度越来越大,观察到弹簧测力计A的示数先变小后不变,此过程说明物体所受浮力大小与 有关;
(5)多次记录弹簧测力计A的示数变化量为ΔFA和弹簧测力计B的示数变化量ΔFB,并比较物体浸入液体不同程度时,以上两个变化量之间的大小关系,发现ΔFA ΔFB(选填“>”、“<”或“=”),由此证明了阿基米德原理的成立 (选填“需要”或“不需要”)以物体全部浸入液体为前提条件。
【答案】(1)浮力 物体排开液体的重力
(2)在竖直方向上调零
(3)④①②③
(4)物体排开液体的体积
(5)= 不需要
【解析】(1)[1][2]阿基米德原理为,验证阿基米德原理,即验证物体受到的浮力与物体排开液体的重力之间的关系。
(2)在本实验中,弹簧测力计在竖直方向上使用,所以在使用之前,必须先在竖直方向上调零。
(3)实验中,为减小实验误差,应先测量小桶的重力,再测量重物的重力,然后将重物放入溢水杯中,再测量排出的水和小桶的重力,所以合理的实验操作顺序是④①②③。
(4)同学们逐渐调高平台F,使重物浸入水中的深度越来越大,重物排开水的体积先变大、后不变,观察到弹簧测力计A的示数先变小后不变,根据可知,所受的浮力先变大、后不变,此过程说明物体所受浮力大小与物体排开液体的体积有关。
(5)[1][2]根据可知,弹簧测力计A的示数变化量ΔFA即为物体所受的浮力,弹簧测力计B的示数变化量ΔFB为物体排开的液体的重力,若ΔFA=ΔFB,则验证了阿基米德原理,说明阿基米德原理的成立不需要以物体全部浸入液体为前提条件。
【训练10】
小融通过以下实验探究“阿基米德原理”,选用了以下实验器材:弹簧测力计、小吊桶、小石块、圆柱体、溢水杯、细线、小烧杯、铁架台、水。他们操作过程如图1中a、b、c、d所示。
(1)由图a得,石块的重力为 N;如图1所示将石块逐渐放入装满水的溢水杯中(石块没有与杯底接触),溢水杯对铁架台底座的压强 (选填“变大”、“变小”或“不变”);
(2)当小石块浸没在溢水杯中,溢出的水全部流入小烧杯,弹簧测力计的示数如图c所示,把小烧杯中的水全部倒入小吊桶中,此时弹簧测力计的示数如图d所示,则排开的水的重力为 N;并计算出小石块的密度为 ;
(3)小融在完成d步骤后保持器材状态继续实验,把弹簧测力计拆下,把小石块放入装有水的小吊桶中(水不溢出),然后把小吊桶放入溢水杯,发现小吊桶处于漂浮状态,溢水杯中水溢出,这个过程排出的水重为 N(忽略小石块所附带的水);
(4)一旁的小渝灵机一动,设计出了如图2所示的测量圆柱体密度的方案,步骤如下:
①让小空筒漂浮在盛满水的溢水杯中:
②将圆柱体浸没在水中,测得烧杯中水的体积为10mL,则圆柱体的体积为 mL;
③将烧杯中10mL水倒掉,从水中取出圆柱体;
④将圆柱体放入小空筒,小空筒仍漂浮在水面,测得此时溢出水的体积为27mL;则圆柱体的密度是 ,在实验步骤③和④中,将圆柱体从水中取出后(表面沾水)直接放入小空筒,测出的圆柱体密度将 (选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
【答案】(1)2.8 不变
(2)1.4
(3)3
(4)10 不变
【解析】(1)[1]由图a得,弹簧测力计的示数为2.8N,即石块的重力为2.8N。
[2]将石块逐渐放入装满水的溢水杯中,石块下降的过程,水在不断溢出,溢出水的重力等于石块受到的浮力,即溢出水的重力和增加的压力相同,故溢水杯对铁架台底座的压力不变,压强不变。
(2)[1]由图c可知,弹簧测力计的示数为1.6N,由图d可知,弹簧测力计的示数为3N,则排开的水的重力为
[2]小石块完全浸没在水中,故小石块的体积为
小石块的质量为
小石块的密度为
(3)把小石块放入装有水的小吊桶中(水不溢出),然后把小吊桶放入溢水杯,发现小吊桶处于漂浮状态,由沉浮条件可知,浮力等于重力,由阿基米德原理可知,浮力等于排开水的重力,溢水杯中水溢出,所以溢出水的重力等于石块和小桶的重力,由图b可知,石块和小桶的重力为3N,所以溢出水的重力等于3N。
(4)[1]圆柱体浸没在装满水的溢水杯中,体积等于溢出水的体积,溢出水的体积为10mL,故则圆柱体的体积为10mL。
[2]小空筒仍漂浮在水面,浮力等于重力,此时溢出水的重力即为圆柱体所受的浮力,即圆柱体的重力,则有
则圆柱体的密度为
[3]若在实验步骤③和④中,圆柱体带走一部分水会降低杯中水面高度,再随圆柱体进入小桶中,增加小桶受到的浮力,水的密度不变,圆柱体沾的水使浮力的增加量等于其重力,所以对排开水的体积没有影响,故计算得出圆柱体的密度不变。
1.(2024·青海西宁)小西和同学们利用弹簧测力计、物块、溢水杯、小桶和足量的水等实验器材,做“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”的实验,进行了如图所示的操作。
(1)由 两图得出物块所受浮力,再由另外两图得出物块排开液体所受重力,可初步得出结论:浸在液体中的物体所受浮力的大小等于它排开的液体所受的重力;
(2)实验时,若溢水杯中未装满水,则会导致测出的 ;
(3)为了得到更普遍的结论,接下来的操作中合理的是 ;
A.用原来的方案和器材多次测量求平均值
B.将物块换成小石块,用原来的方案再次进行实验
(4)小组同学经过交流、评估和反思后,得出实验步骤的最佳顺序是 ;
(5)根据实验数据,还可以计算出物块的密度ρ= (g取10N/kg);
(6)另一实验小组将物块换成可以漂浮在水面的木块进行实验,则 (选填“能”或“不能”)得到与(1)相同的结论。
【答案】(1)甲、乙
(2)偏小
(3)B
(4)丁甲乙丙
(5)
(6)能
【解析】(1)由图甲可知,物块的重力为2N,由图乙可知,将物块浸没在水中时,弹簧测力计的示数为1N,因此物块受到的浮力大小为
(2)实验时,若溢水杯中未装满水,则会导致溢出水的体积偏小,则导致测出的偏小。
(3)为了得到更普遍的结论,应该选择不同的液体或者物体重复试验,使用相同的方案和器材多次测量是没有意义的。故选B。
(4)实验步骤的最佳顺序是先测出空小桶的重力,再测出物块的重力,然后将物块浸没在水中进行排水,最后测得小桶和溢出水的总重力,所以最佳顺序是丁甲乙丙。
(5)物块的体积为
则物块的密度为
(6)将物块换成可以漂浮在水面的木块进行实验,木块的浮力可以由漂浮时浮力等于重力得到,根据原来的方法得到,所以也能得到与(1)相同的结论。
2.(2024·山东济南)小东在学习“阿基米德原理”时,发现老师研究的物体都是在液体里下沉的,于是他想用木块验证“漂浮在液体中的物体所受浮力的大小是否等于物体排开的液体所受重力的大小”。
(1)小东在设计实验时,通过推理得到了一种间接验证的方法。推理过程如下:
因为木块漂浮在水中,所以木块所受浮力的大小等于木块所受重力的大小;
若要验证是否等于,只需验证 ;
又因为,所以只需验证是否等于;
于是,小东找来了电子秤(可直接显示物体质量)、溢水杯和小烧杯进行实验,实验步骤如下:
a、用电子秤测量木块的质量;
b、用电子秤测量小烧杯的质量;
c、把木块轻轻放入装满水的溢水杯中,用小烧杯收集从溢水杯中被木块排开的水;
d、用电子秤测量小烧杯和排开的水的总质量;
(2)实验数据记录如表所示:
研究对象 木块质量 /g 小烧杯质量 /g 杯、水总质量 /g 排开水的质量 /g
木块 80 38 118
分析表格中的实验数据,得出结论:漂浮在液体中的物体所受浮力的大小与物体排开的液体所受重力的大小 ;
(3)在和同学交流分享时,小华认为以上实验过程可以更加简化,如图乙所示,只需将装满水的溢水杯放在电子秤上,将木块轻轻放入溢水杯的同时用手拿着小烧杯收集排开的水,等溢水杯中不再有水溢出时,拿走小烧杯,若观察到 ,即可得到;
(4)小明梳理小东的推理过程时发现,下沉的物体不能通过“是否等于”间接验证“是否等于”,原因是 。
【答案】(1)木块的重力等于木块排开的液体的重力
(2)相等
(3)电子秤的示数保持不变
(4)下沉的物体受到的浮力小于物体的重力
【解析】(1)木块漂浮在水中时,处于漂浮状态,由沉浮条件可知,木块的重力等于木块受到的浮力,由等量代换可知,要验证是否等于,只需要验证木块的重力等于木块排开的液体的重力,即
(2)分析表格中的实验数据发现,烧杯和水的总质量为118g,烧杯的质量为38g,则排开水的质量
m水=118g-38g=80g
所以木块的质量等于排开水的质量,故木块的重力等于木块排开的液体的重力,由等量代换可知,漂浮在液体中的物体所受的浮力等于物体排开的液体所受重力。
(3)由于漂浮在液体中的物体的重力等于物体排开的液体的重力,所以木块轻轻放入溢水杯,木块排开水的重力等于木块的重力,即木块排开水的质量等于木块的质量,所以会观察到溢水杯中不再有水溢出时,拿走小烧杯,电子秤的示数保持不变,故若观察到电子秤的示数保持不变,即可得到。
(4)由沉浮条件可知,下沉的物体受到的浮力小于物体的重力,由阿基米德原理可知,下沉的物体受到的浮力等于排开液体的重力,所以下沉的物体的重力大于排开液体的重力,故下沉的物体的质量大于排开液体的质量,故下沉的物体不能通过“等于”间接验证“等于”。
3.(2023·天津)在学习“阿基米德原理”时,可用“实验探究”与“理论探究”两种方式进行研究;请你完成下列任务:
【实验探究】
通过下图所示的实验,探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系,由实验可得结论 ,这就是阿基米德原理;
【理论探究】
第一步:建立模型——选取浸没在液体中的长方体进行研究,如下图所示;
第二步:理论推导——利用浮力产生的原因推导阿基米德原理;
请你写出推导过程,提示:推导过程中所用物理量需要设定(可在下图中标出);
【原理应用】
水平桌面上有一底面积为的柱形平底薄壁容器,内装质量为m的液体;现将一个底面积为的金属圆柱体放入液体中,圆柱体静止后直立在容器底且未完全浸没(与容器底接触但不密合),整个过程液体未溢出;金属圆柱体静止时所受浮力 。
【答案】 见解析
【解析】[1]由图中实验数据可得,F甲-F乙=F丙-F丁,即物体受到的浮力等于排开液体的重力,即。
[2]设长方体的底面积为S、高为h,液体密度为,长方体上、下表面所处的深度及受力情况,如下图所示:
由于同种液体中,深度越深,液体的压强越大,长方体的上下面表面积相同,由可得,液体对长方体向上的压力大于液体对它向下的压力,两者之差即为浮力
[3]由阿基米德原理可得,金属圆柱体静止时所受浮力
4.(2022·山东威海)在学习了浮力知识后,小明进一步探究浮力的有关问题:
实验一:探究漂浮物体受到的浮力大小与物体排开液体重力的关系。
(1)实验步骤如下:(,g取)
步骤1:如图甲所示,用弹簧测力计测量物体的重力为;
步骤2:如图乙所示,在量筒中倒入适量的水;
步骤3:如图丙所示,将物体轻轻放入量筒中,发现物体漂浮在水面上,由此可知物体所受浮力大小为 N;
步骤4:观察量筒中水面的变化情况,通过计算可知物体排开水的重力为 N;
综合分析实验数据可得到的结论是 。
实验二:探究浮力大小与液体密度的关系。
(2)小明又将该物体分别放入两种不同的液体中,得到的实验数据如表1所示,他分析数据得出结论:液体密度越大,物体受到的浮力也越大。小红认为小明的实验不合理,她判断的理由是 ;
表1
液体 液体的密度() 物体排开液体的体积() 物体状态 物体受到的浮力()
液体1 0.85 100 沉底 0.80
液体2 1.2 80 漂浮 0.96
(3)该物体在液体1中处于沉底状态,说明物体的密度 (选填“大于”“小于”或“等于”)液体1的密度;若使该物体在液体1中上浮,你的方法是 (写出一种即可)。
【答案】0.96 0.96 物体受到浮力大小等于物体排开液体的重力 没有控制物体排开液体的体积相同 大于 见解析
【解析】(1)[1]由图甲可知物体的重力为0.96N,由图丙可知,物体漂浮在水中,处于平衡状态,浮力等于重力,浮力的大小为0.96N。
[2]由乙、丙可知,物体浸在液体中的体积等于物体排开水的体积
物体排开水的重力
[3]分析以上实验可知,漂浮时物体受到的浮力等于物体排开水的重力,都等于0.96N;可以得到的结论是:漂浮物体受到的浮力等于物体排开液体的重力。
(2)[4]小红的判断是正确的,要探究物体受到的浮力与液体密度的关系,需保持物体浸入液体的体积相同,即物体排开液体的体积相同,改变液体的密度;实验中第一次物体沉底,第二次物体漂浮,物体排开液体的体积不同,故小明的实验不合理。
(3)[5]该物体在液体1中处于沉底状态,说明物体受到的浮力小于重力,即
由物体在液体1中沉底可知, ,故物体的密度大于液体1的密度,即
[6]物体的密度大于液体1的密度,物体在液体中沉底,若使该物体在液体1中上浮,可以增大液体1的密度,直到液体密度大于物体的密度时,即浮力大于物体的重力时,物体便可上浮。
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21世纪教育网(www.21cnjy.com)实验16 验证阿基米德原理
实验:验证阿基米德原理
【实验目的】验证阿基米德原理
【实验设计】
【实验器材】弹簧测力计、物体(ρ物>ρ液)、溢水杯、小桶、细线、水、盐水
【进行实验与收集证据】
(1)用细线将空小桶系好,挂在弹簧测力计下,测出其所受的重力G桶;
(2)用细线将小石块系住,挂在弹簧测力计下,测出小石块所受的重力G石;
(3)将溢水杯装满水,再将小桶放在溢水杯的溢水口下,使溢出的水刚好能流入小桶;
(4)将小石块慢慢放入水中,读出此时弹簧测力计的示数F,则小石块受到的浮力F浮=G石-F;
(5)测出小桶和排开的水所受的总重力G总,则排开的水所受的重力G排=G总-G桶;
(6)换用不同质量的小石块,重复上述实验步骤,再做几次,并将实验数据填入表格中:
实验次数 G桶/N G 石/N F/N G 总/N F 浮/N G 排/N
1
2
3
【分析论证】
实验次数 G桶/N G 石/N F/N G 总/N F 浮/N G 排/N
1 1.0 2.0 1.0 2.0 1.0 1.0
2 1.0 2.8 1.4 2.4 1.4 1.4
3 1.0 3.6 1.8 2.8 1.8 1.8
由实验序号1(或2或3),可以计算物体受到的浮力为:F浮= G- F-=1.5N-0.5N=1N
排开液体所受的重力为:G排= G总- G桶=2.2N-1.2N=1N
可见:F浮= G排
【实验结论】物体在液体中受到的浮力大小与它排开的液体所受的重力大小相等。
《验证阿基米德原理》常考问题:
(1)弹簧测力计的使用:弹簧测力计使用前要调零及认清分度值、量程,同时拉动一下挂钩。
(2)实验目的:验证浸在液体中的物体受到浮力,大小等于物体排开液体的重力,即F浮=G排液。
(3)如何测得浮力的大小:通过称重法得到,即F浮=G物-F拉
(4)如何测得排开水的重力:G排液=G桶+水-G桶
(5)实验中,物块的选择有什么要求:①不能太重,以免超过弹簧测力计的量程;②物块体积不能太小。如物块体积为10cm3,浸没在水中受到浮力为0.1N,若弹簧测力计分度值为0.2N,则上面两公式中的F浮和G排液无法准确测量。③不能吸水;物块的密度大于水的密度等。
(6)为准确测得G排液,溢水杯中一定要装满水,否则测得G排液将偏小。
(7)物块不需要浸没到水中,但物块浸入水中要缓慢,防止有水溅出。
(8)实验结论:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。
(9)看图排出合理的实验步骤:丙甲丁乙。
先分别测出空桶的重力和物体的重力,再将物体浸没在液体中读出弹簧测力计的示数,最后测出桶与排出液体的总重力。
(10)可以计算物体完全浸没时的体积:、物体的密度:
(11)实验改进:该实验可通过多种生活化物品完成探究,因此利用各种物品对该实验进行改进并完成液体或固体密度的测量是本实验的重点和难点。
【典例1】
某实验小组做“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”实验。
实验步骤 A B C D
弹簧测力计的示数/N 3.2 3.6 1.2 0.8
【设计实验与进行实验】
(1)进行实验前应对弹簧测力计进行调零。
(2)小华在进行实验时的部分实验操作如上图所示,遗漏的主要步骤是 。若将遗漏的步骤标注为D,最合理的实验步骤顺序是 (用实验步骤对应的字母表示)。
(3)小明进行实验并把数据记录在上面表格中。从表中数据可知,石块受到的浮力是 N,排开液体的重力是 N。
【分析与论证】分析实验数据,可得出实验结论:浸在液体中的物体所受的浮力大小 物体排开液体所受的重力。
【典例2】
为了探究浮力的大小跟排开的液体所受重力的关系,小明做了如图甲所示的实验。
(1)实验前弹簧测力计要 及认清分度值、量程,同时拉动一下挂钩;
(2)如图甲所示,石块的重力是 N,排开液体的重力是 N。得到的结论是:浸没在液体里的物体,受到的浮力的大小 排开液体所受的重力;
(3)请你根据图中的实验数据,计算出石块的密度为 ;
(4)学习结束后,小组反复讨论,改进了老师的实验,改进后的实验装置如图乙所示,其中A、B是弹簧测力计,C为重物,D为薄塑料袋(质量不计),E是用废弃的大号饮料瓶、带孔橡皮塞和弯曲玻璃管自制的溢水杯,杯中加入红色的水,F是可升降平台,G为铁架台。
①实验前,在选择A、B两个弹簧测力计时,很多同学认为选择任何规格的弹簧测力计都可以,而小军同学认为应选择 (选填“规格相同”或“规格不同”)的弹簧测力计;
②实验中,同学们逐渐调高平台F,使重物浸入水中的体积越来越大,观察到弹簧测力计A的示数 (选填“增大”“减小”或“不变”)。比较弹簧测力计A的示数变化量和弹簧测力计B的示数变化量,它们的大小关系是 (选填“>”“<”或“=”)。
【训练1】
小丽在家利用小桶、弹簧测力计、水、带溢水口的容器等器材探究阿基米德原理,其中桶A是圆柱形。
(1)上图中是小丽操作的各个步骤,你认为最佳的操作顺序是______;
A.乙、丙、甲、丁 B.甲、丁、乙、丙
C.乙、甲、丙、丁 D.乙、丙、丁、甲
(2)将桶A轻放入盛满水的溢水杯中,用桶B接住溢出的水,如图丙所示,则空桶A受到的浮力为 N;
(3)测出桶B和溢出水的总重力,如图丁所示,则桶A排开水的重力 (选填“大于”“小于”或“等于”)桶A受到的浮力;
(4)接着小丽往桶A中加入沙子进行实验,得到4组数据,记录数据的表格如下,其中有明显错误的是第 次实验的数据;
次序 1 2 3 4
桶A与沙子的总重力/N 2.4 2.8 3.2 3.4
桶B与水的总重力/N 4.0 4.4 4.6 5.0
(5)实验中,加入的沙子越多,桶A浸入水中就越 (选填“深”或“浅”),说明在液体密度一定时,浮力随排开液体体积的增大而 (选填“增大”或“减小”)。
【训练2】
小明设计了两个实验来验证“阿基米德原理”。
实验一:
研究对象是密度大于水的合金块,实验步骤如图甲所示,弹簧测力计在4个步骤中的示数分别为、、、。
(1)按图甲中的顺序测出的排出水的重力将 (选填“偏大”或“偏小”)。
(2)图甲中合理的实验顺序是 (填序号)。
(3)当实验中的测量结果满足 时(均用图中测力计示数表示),说明物体浸没在水中时阿基米德原理成立。
(4)按照合理的顺序进行实验,下列情况会影响验证结果的是______(填字母)。
A.溢水杯内未盛满水
B.合金块未全部浸入水中
C.合金块浸入水中过深(不碰到容器底)
(5)该实验中小明用了图乙中的弹簧测力计,实验前有A、B两个合金块(A.、 B.、)可供选择。
他应选 。原因是 。
实验二:
小明继续用密度小于水的物块C来研究,他设计了如下步骤。
A.用天平测量物块C的质量m。
B.在量筒中注入适量的水,记录水的体积。
C.将物块C放入量筒中,当其漂浮时,记录量筒此时的读数。
当 (利用题中所测及常用物理量符号表示,水的密度为)成立时,说明物体在水中处于漂浮状态时阿基米德原理也是成立的。
【训练3】
某物理兴趣小组利用弹簧测力计、水、小石块(不吸水)、溢水杯、小桶、细线等实验器材探究浮力的大小与排开液体所受的重力的关系。
(1)如图所示的甲、乙、丙、丁四个实验步骤,最合理的实验顺序是 ;
(2)兴趣小组的同学换用不同的物体(不吸液体)和液体按科学合理的顺序进行了多次实验,通过实验得出 (用表示),从而验证了阿基米德原理的正确性;
(3)若在甲步骤中,忘记将溢水杯中液体装满,其他步骤无误,则会得出 (选填“>”、“<”或“=”)(小桶中液体所受重力)的结论;
(4)兴趣小组的同学换用不同的物体(不吸液体)和液体进行了多次实验,其目的是 。
【训练4】
兴趣小组利用弹簧测力计、物块、溢水杯、小桶、铁架台等器材验证阿基米德原理。(细线的质量和体积均忽略不计)
(1)使用弹簧测力计前,要将指针调在 位置。
(2)实验中所用物块的重力为 N。
(3)同学们发现溢水杯中未装满水,如图甲所示,这样实验会使测得的溢出水的重力 (选填“偏大”或“偏小”)。
(4)溢水杯装满水后,将物块浸没在水中,如图乙所示,物块受到的浮力为 N,物块受到的浮力大小与它排开水所受的重力大小 。
(5)继续实验,将物块浸没在装满酒精的溢水杯中,如图丙所示,发现,说明物块受到的浮力大小与 有关。图丙溢水杯中酒精的密度为 。
【训练5】
某实验小组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 分别测出空桶和石块的重力,其中石块的重力大小为 N;
(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 (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 排开水所受的重力(选填“大于”“等于”或“小于”);
(4)若溢水杯的水没有装满,则会导致本实验测量的F浮 G排(选填“大于”、“等于”或“小于”)。
【训练6】
在“验证阿基米德原理”的实验中,小明设计的实验报告(部分)如下,请填写空格处的内容。
实验目的:定量研究浸没在液体中的物体受到的浮力与它排开液体 之间的关系。 实验器材:金属块、细线、量筒、 、和适量的水等。 实验步骤: 1.记下金属块悬挂在空气中时弹簧测力计的示数; 2.在量筒中盛适量的水,记下水面示数; 3.将金属块完全浸没在水中,记下水面示数、弹簧测力计的示数; 4.用 表示物体所排开液体的体积(用字母表示); 5.用 表示物体所受的浮力(用字母表示)……
【训练7】
某实验小组利用弹簧测力计、小石块、溢水杯等器材,探究“浮力的大小与排开液体所受重力的关系”。
(1)弹簧测力计使用前要先进行竖直 ;
(2)探究实验的实验步骤如图中甲、乙、丙、丁所示,合理的实验顺序是 ;
(3)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,所测出排出水的重力为 N;
(4)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它 ;
(5)以下情况会影响结论的是 ;
A.未放入石块前溢水杯中水面未到达溢水口 B.图甲中物体未全部浸没在水中
(6)小明将装满水的溢水杯放到电子秤上,再用细线挂着铝块,将其缓慢浸入溢水杯中如图戊所示,在铝块浸入水的过程中 (始终不碰到杯底),溢水杯底所受水的压力 ,电子秤的读数 。 (均选填“变大”、“不变”或“变小”)
【训练8】
在“验证阿基米德原理”的实验中,当讨论到“如何测量?”时,小段提出:“可以将物体浸入装满水的容器中,将溢出的水接住测量其重力大小就是的大小。”你认为小段的方法可行吗? 。请阐述理由 。
小周受到启发后,提出可用如图(a)器材进行优化。
①如图(c)所示,是小周在使用 测量石块的 。该仪器在使用前需沿力的方向
②若图中四个测量值、、、满足关系式 ,则阿基米德原理将得到验证。
③以下关于实验过程中的操作,不会影响验证结果的是 。
A.图(a)中溢水杯内未盛满水 B.图(b)中小桶内有少量水
C.图(d)中石块未浸没水中 D.图(d)中石块碰到了容器底部
【训练9】
同学们在学习了“阿基米德原理”后,仔细观察了黄老师做的如图(甲)所示的演示实验。物理兴趣小组的同学们经过讨论,提出阿基米德原理的成立,是否一定要以物体全部浸入液体为前提条件,提出了一个新的实验方案,并动手制作出了如图(乙)所示实验装置,其中A、B为两个规格相同的弹簧测力计,C为重物,D为薄塑料袋(质量不计),E是自制的溢水杯,F是升降平台(摇动手柄,可使平台高度缓慢上升、下降),G为铁架台。
(1)在“验证阿基米德原理”的实验过程,此实验目的是为了验证物体受到的 与 的关系;
(2)在本实验中,弹簧测力计在使用之前,必须先 ;
(3)如图甲中,你认为最合理的实验操作顺序是 (填写实验序号);
(4)同学们逐渐调高平台F,使重物浸入水中的深度越来越大,观察到弹簧测力计A的示数先变小后不变,此过程说明物体所受浮力大小与 有关;
(5)多次记录弹簧测力计A的示数变化量为ΔFA和弹簧测力计B的示数变化量ΔFB,并比较物体浸入液体不同程度时,以上两个变化量之间的大小关系,发现ΔFA ΔFB(选填“>”、“<”或“=”),由此证明了阿基米德原理的成立 (选填“需要”或“不需要”)以物体全部浸入液体为前提条件。
【训练10】
小融通过以下实验探究“阿基米德原理”,选用了以下实验器材:弹簧测力计、小吊桶、小石块、圆柱体、溢水杯、细线、小烧杯、铁架台、水。他们操作过程如图1中a、b、c、d所示。
(1)由图a得,石块的重力为 N;如图1所示将石块逐渐放入装满水的溢水杯中(石块没有与杯底接触),溢水杯对铁架台底座的压强 (选填“变大”、“变小”或“不变”);
(2)当小石块浸没在溢水杯中,溢出的水全部流入小烧杯,弹簧测力计的示数如图c所示,把小烧杯中的水全部倒入小吊桶中,此时弹簧测力计的示数如图d所示,则排开的水的重力为 N;并计算出小石块的密度为 ;
(3)小融在完成d步骤后保持器材状态继续实验,把弹簧测力计拆下,把小石块放入装有水的小吊桶中(水不溢出),然后把小吊桶放入溢水杯,发现小吊桶处于漂浮状态,溢水杯中水溢出,这个过程排出的水重为 N(忽略小石块所附带的水);
(4)一旁的小渝灵机一动,设计出了如图2所示的测量圆柱体密度的方案,步骤如下:
①让小空筒漂浮在盛满水的溢水杯中:
②将圆柱体浸没在水中,测得烧杯中水的体积为10mL,则圆柱体的体积为 mL;
③将烧杯中10mL水倒掉,从水中取出圆柱体;
④将圆柱体放入小空筒,小空筒仍漂浮在水面,测得此时溢出水的体积为27mL;则圆柱体的密度是 ,在实验步骤③和④中,将圆柱体从水中取出后(表面沾水)直接放入小空筒,测出的圆柱体密度将 (选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
1.(2024·青海西宁)小西和同学们利用弹簧测力计、物块、溢水杯、小桶和足量的水等实验器材,做“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”的实验,进行了如图所示的操作。
(1)由 两图得出物块所受浮力,再由另外两图得出物块排开液体所受重力,可初步得出结论:浸在液体中的物体所受浮力的大小等于它排开的液体所受的重力;
(2)实验时,若溢水杯中未装满水,则会导致测出的 ;
(3)为了得到更普遍的结论,接下来的操作中合理的是 ;
A.用原来的方案和器材多次测量求平均值
B.将物块换成小石块,用原来的方案再次进行实验
(4)小组同学经过交流、评估和反思后,得出实验步骤的最佳顺序是 ;
(5)根据实验数据,还可以计算出物块的密度ρ= (g取10N/kg);
(6)另一实验小组将物块换成可以漂浮在水面的木块进行实验,则 (选填“能”或“不能”)得到与(1)相同的结论。
2.(2024·山东济南)小东在学习“阿基米德原理”时,发现老师研究的物体都是在液体里下沉的,于是他想用木块验证“漂浮在液体中的物体所受浮力的大小是否等于物体排开的液体所受重力的大小”。
(1)小东在设计实验时,通过推理得到了一种间接验证的方法。推理过程如下:
因为木块漂浮在水中,所以木块所受浮力的大小等于木块所受重力的大小;
若要验证是否等于,只需验证 ;
又因为,所以只需验证是否等于;
于是,小东找来了电子秤(可直接显示物体质量)、溢水杯和小烧杯进行实验,实验步骤如下:
a、用电子秤测量木块的质量;
b、用电子秤测量小烧杯的质量;
c、把木块轻轻放入装满水的溢水杯中,用小烧杯收集从溢水杯中被木块排开的水;
d、用电子秤测量小烧杯和排开的水的总质量;
(2)实验数据记录如表所示:
研究对象 木块质量 /g 小烧杯质量 /g 杯、水总质量 /g 排开水的质量 /g
木块 80 38 118
分析表格中的实验数据,得出结论:漂浮在液体中的物体所受浮力的大小与物体排开的液体所受重力的大小 ;
(3)在和同学交流分享时,小华认为以上实验过程可以更加简化,如图乙所示,只需将装满水的溢水杯放在电子秤上,将木块轻轻放入溢水杯的同时用手拿着小烧杯收集排开的水,等溢水杯中不再有水溢出时,拿走小烧杯,若观察到 ,即可得到;
(4)小明梳理小东的推理过程时发现,下沉的物体不能通过“是否等于”间接验证“是否等于”,原因是 。
3.(2023·天津)在学习“阿基米德原理”时,可用“实验探究”与“理论探究”两种方式进行研究;请你完成下列任务:
【实验探究】
通过下图所示的实验,探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系,由实验可得结论 ,这就是阿基米德原理;
【理论探究】
第一步:建立模型——选取浸没在液体中的长方体进行研究,如下图所示;
第二步:理论推导——利用浮力产生的原因推导阿基米德原理;
请你写出推导过程,提示:推导过程中所用物理量需要设定(可在下图中标出);
【原理应用】
水平桌面上有一底面积为的柱形平底薄壁容器,内装质量为m的液体;现将一个底面积为的金属圆柱体放入液体中,圆柱体静止后直立在容器底且未完全浸没(与容器底接触但不密合),整个过程液体未溢出;金属圆柱体静止时所受浮力 。
4.(2022·山东威海)在学习了浮力知识后,小明进一步探究浮力的有关问题:
实验一:探究漂浮物体受到的浮力大小与物体排开液体重力的关系。
(1)实验步骤如下:(,g取)
步骤1:如图甲所示,用弹簧测力计测量物体的重力为;
步骤2:如图乙所示,在量筒中倒入适量的水;
步骤3:如图丙所示,将物体轻轻放入量筒中,发现物体漂浮在水面上,由此可知物体所受浮力大小为 N;
步骤4:观察量筒中水面的变化情况,通过计算可知物体排开水的重力为 N;
综合分析实验数据可得到的结论是 。
实验二:探究浮力大小与液体密度的关系。
(2)小明又将该物体分别放入两种不同的液体中,得到的实验数据如表1所示,他分析数据得出结论:液体密度越大,物体受到的浮力也越大。小红认为小明的实验不合理,她判断的理由是 ;
表1
液体 液体的密度() 物体排开液体的体积() 物体状态 物体受到的浮力()
液体1 0.85 100 沉底 0.80
液体2 1.2 80 漂浮 0.96
(3)该物体在液体1中处于沉底状态,说明物体的密度 (选填“大于”“小于”或“等于”)液体1的密度;若使该物体在液体1中上浮,你的方法是 (写出一种即可)。
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