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【核心素养】9.2 探究:浮力大小与哪些因素有关分层作业
1.在如图所示的“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中,可以探究物体所受浮力大小与物体排开液体的体积有关的是图中的( )
A.甲和丙 B.甲和乙 C.乙和丁 D.丙和丁
2.用弹簧测力计测量圆柱体的重力,然后将圆柱体分别浸入水和浓盐水中,控制圆柱体排开液体的体积相同,观察并记录弹簧测力计的示数。实验探究的是( )
A.物重对浮力的影响 B.排开体积对浮力的影响
C.体积对浮力的影响 D.液体密度对浮力的影响
3.为了探究浮力大小与液体密度的关系,老师准备了如图所示的器材供同学们选择。同学们所选的四组器材中,能达到探究目的是(不能多选或少选器材)( )
A.②③④⑤⑥⑦ B.①③④⑤⑦⑧
C.①③④⑤⑦⑨ D.①③⑥⑦⑧⑨
4.“在水中能下沉的物体是否受到浮力呢?”小明决定通过实验探究。他取了一个重为1N的铝块,挂在弹簧测力计上,当铝块浸没在水中时,弹簧测力计的示数为0.63N.依据小明的实验可知铝块受到了水的浮力作用,且铝块所受的浮力大小为 N.接下来,小明又做了进一步的探究,他让浸没在水中的铝块处在不同的深度,然后观察弹簧测力计的示数是否变化,小明的设计是想探究 。
5.翔翔在家探究鸡蛋受到的浮力大小与哪些因素有关,如图所示。请仔细观察图示并回答下列问题:
(1)从A、B两图可知,鸡蛋在水中受到的浮力大小是 N。
(2)根据B、C两实验,他就得出鸡蛋受到的浮力大小与液体的密度有关,你认为对吗? ,理由是 。
6.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(要求袋内不留空气),然后用弹簧测力计将它吊起,称出水所受的重力。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排开水的体积增大而 。当水袋全部浸没水中时,弹簧测力计的读数为零,说明这时水袋所受浮力等于 。
7.如图所示,小明用铁块探究“浮力的大小与物体排开液体体积的关系”,为使弹簧测力计示数变化更明显,应选择体积 (选填“大”或“小”)一些的铁块进行实验,用该装置进行实验的优点是: 。(升降台可缓慢上升或下降)
8.小红在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中,进行了如图所示的实验。根据实验现象,小红得出“物体所受浮力大小与物体所处的深度有关”的结论。小红的结论是 (选填“正确”或“错误”)的,理由是: 。
9.小琼同学为了探究浮力的大小跟什么因素有关,他做了如图所示的实验。
(1)从图①②③可以得出:浮力的大小与 有关。
(2)从图①③④可以得出:浮力的大小与 无关。
(3)图④中物体受到的浮力大小为 N。
(4)图⑤中物体受到的浮力大小为 N。
10.观察并猜想:浮力大小与哪些因素有关?
(1)浮力大小可能与 有关
(2)浮力大小可能与 有关
人从河岸走向河心时,感到受到的浮力 .
(3)浮力大小可能与 有关
思考:要研究浮力是否与浸入液体的深度有关,如何设计实验和选用实验器材?(1)控制什么量相同: (2)具体的做法:
11.小明通过如图所示的实验探究影响浮力大小的因素。
由图甲、乙、丙可知,物体浸没在水中受到的浮力为 N,物体浸没在盐水中受到的浮力为 N。从图乙、丙可以看出浮力的大小与液体的 有关。
12.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
弹簧测力计示数F/N 4.6 4.2 3.8 3.4 3.0
物块所受浮力F浮/N 0 0.4 0.8 1.6
物块下表面所处深度h/cm 5 6 7 8 9
弹簧测力计示数F/N 2.6 2.2 2.2 2.2 2.2
物块所受浮力F浮/N 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)分析图像可知: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”)
(3)分析上述实验,请解释人从浅水区走向深水区时所受浮力为什么会变大? 。
(4)由表中数据可知,图甲B中物块下表面受到水的压强为 Pa。(g取10N/kg)
(5)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变化的图像 (选填“相同”或“不同”)。
(6)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: 。
13.实验台上有满足实验要求的器材:如图所示圆柱体A(已知ρA>ρ水,每格体积均为20cm3),已调零的弹簧测力计和装有适量水的烧杯。请你利用上述实验器材设计实验证明:浸在水中的物体,排开水的体积越大,所受浮力越大。
(1)将下面的实验步骤补充完整;
①将圆柱体悬挂在弹簧测力计下,静止时,用弹簧测力计测出 (填写物理量及符号),记入实验表格。
② ,圆柱体不接触烧杯,静止时,用弹簧测力计测出此时的拉力F,将圆柱体排开水的体积V排和F,记入实验表格。
③仿照步骤②,再做两次实验,每次分别将圆柱体下部的两格、三格浸入水中,将各次圆柱体排开水的体积V排和弹簧测力计的拉力F,记入实验表格。
④根据公式F浮= ,分别计算3次圆柱体所受浮力F浮,记入实验表格。
(2)小新同学设计了如下的实验数据记录表格,其中①的位置应该填入的是 。
1 2 3
GN
F/N
V排/m3
①
1.探究浮力的大小跟哪些因素有关的实验情形中所用金属块a和塑料块b的密度不同,但重力均为1.6N,下列分析正确的是( )
A.金属块a浸没在水中时,受到浮力的大小为0.3N
B.利用甲、乙,可以探究浮力的大小与物体体积的关系
C.利用乙、丙,可以探究浮力的大小与物体密度的关系
D.利用丙、丁,可以探究浮力的大小与液体密度的关系
2.小梦学习小组在探究“浮力的大小与哪些因素有关”的实验中,选用弹簧测力计、烧杯、水、盐、细线、体积相同的实心铁块和铜块(ρ铁<ρ铜)等器材进行实验,如图所示。下列实验过程中,弹簧测力计的示数会变大的是( )
A.铜块替换铁块仍浸没在图示位置
B.改变浸没在水中铁块的浸没深度
C.向烧杯中加适量的盐并轻轻搅动
D.铁块从接触水面到全部浸没水中
3.小雨用器材探究“圆锥形物体所受浮力大小与哪些因素有关”实验中,如图F,用弹簧测力计拉着圆锥形物体从其底部刚好接触水面,开始缓慢没入水中描绘的弹簧测力计示数F与圆锥形物体的浸入水中深度h的变化关系图像与图乙中相符合的是(已知物体高2cm)( )
4.某同学猜想:“浸没在液体中的固体所受的浮力可能跟固体的形状有关”,于是选用烧杯、水、细线、弹簧测力计和两块橡皮泥设计实验,则这两块橡皮泥应满足的条件是( )
A.体积不同,形状相同 B.体积相同,形状不同
C.体积相同,形状相同 D.体积不同,形状不同
5.学习浮力时,老师组织同学们进行了以下体验活动:将一个密闭的圆柱形空筒放在装有水的深桶中,如图所示用手试着慢慢把它竖直压入水中,体会手的感受;空筒全部没入水中后,继续试着把它压向桶底,体会手的感受。根据活动中的感受,大家提出了以下四个问题。其中最有探究价值且易于探究的科学问题是( )
A.手的感受与物体所受到的浮力大小有什么关系
B.浮力的大小与浸入液体的物体形状有什么关系
C.浮力的大小与物体排开液体的体积有什么关系
D.液体压强与物体浸入液体的深度有什么关系
(多选)6.为了验证“浸在水中的物体所受浮力大小跟物体排开水的体积有关”,小明将电子秤放在水平桌面上并调零,然后将装有适量水的烧杯放到电子秤上静止时,记录电子秤示数为m1;用细线系住铝块并将其一半缓慢浸入水中静止时,记录电子秤示数为m2;如图所示,当铝块浸没在水中静止时,记录电子秤示数为m3。已知铝块体积为V,密度为2.7g/cm3,铝块始终不与烧杯接触;水的密度为1.0g/cm3。下列四个选项中,判断正确的是( )
A.铝块浸没在水中静止时与铝块一半浸入水中静止时相比,水对烧杯底的压强变大
B.铝块浸没在水中静止时,绳对铝块的拉力等于铝块排开水的重力
C.铝块浸没在水中静止时,铝块所受到的浮力等于m3g﹣m1g
D.由m2g﹣m1g≠m3g﹣m1g,可以验证“浸在水中的物体所受浮力大小跟物体排开水的体积有关”
7.在探究浮力的实验中,测量物体所受浮力大小的步骤如图:
(1)弹簧测力计使用前要先 ,测量时,把物体挂在弹簧测力计上,如图1,则该物体所受的重力G= N。
(2)把该物体浸没在水中,如图2,此时该物体所受浮力F浮= N,方向为 ,此时该物体所受的浮力与其所受的重力 (填“是”或“不是”)一对平衡力。
8.小陈同学做探究“浮力大小与液体密度的关系”实验,他猜想浮力的大小与液体密度有关。他利用大小和材料相同的A、B两金属块,密度不相等的两种液体(密度ρ浓盐水>ρ清水),弹簧测力计等进行实验。他先用弹簧测力计测出金属块A的重力,再将金属块A缓慢的浸入浓盐水中,让金属块A刚好完全浸没,不碰底不碰壁,记录弹簧测力计此时的示数F1,接下来的操作是 ;通过实验数据分析可得结论,如果出现 ,则说明浮力的大小与液体密度有关。
9.小军同学在探究“浮力的大小等于什么”时,用弹簧秤、塑料块、烧杯、小桶等进行实验操作测量,如图a、b、c是其中的三个步骤示意图,还差一个步骤图d,才能完成探究任务,则d是测量 的。设四个图中弹簧秤的读数分别是F1、F2、F3、F4.由四个图中 两个图的弹簧秤的读数可以求出塑料块受到的浮力;被排开液体的重力为 ;如果关系式 成立,就可以得到著名的阿基米德原理。
10.如图所示是探究“影响浮力大小因素”的实验过程及数据。
(1)由图甲可知,物体重 N。
(2)如图乙所示,把物体浸没在水中时,弹簧测力计的示数为3.2N,物体所受浮力的大小为 N。
(3)分析甲、乙、丙三图所示实验数据可得:物体所受浮力的大小与 有关。
(4)如图,若要探究物体所受浮力的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。
11.在探究影响浮力大小的因素实验中,小明首先在空气中用精密弹簧测力计测得某物体的重力为9.80N,若将弹簧测力计(连同被测量的物体)移至真空罩内,在抽去罩内空气后,弹簧测力计的示数将 (选填“不变”、“变大”或“变小”),为了使实验效果明显,最好用密度较 (选填“大”、“小”)的物块进行实验。
12.小渝和同学们利用一长方体物块来探究影响浮力大小的因素。
(1)将物块竖放后挂在弹簧测力计上,测出物块的重力为2.7N,然后将物块部分浸入水中,发现测力计示数减小的同时水面升高了,说明物块受到了竖直向 的浮力,并且水对容器底部的压强与放入物块前相比 。当测力计示数如图甲所示时,浮力为 N;
(2)接下来小渝继续按图乙、丙、丁所示进行实验,由甲、乙、丙的数据可知:在同种液体中,物体排开液体的体积 ,浮力越大;由丙、丁的数据可知:物体浸没在同种液体中时所受浮力大小跟深度 ;
(3)然后将物块浸没在盐水中如图戊所示,分析数据可知:浮力大小与液体的密度有关;并通过计算得出所用盐水密度为 g/cm3;若在实验前,弹簧测力计的指针在零刻度线以下,并未调零,则算出的盐水密度 ;
(4)同组的小王同学还想进一步探究:物体在浸没前,浮力大小与物体浸在液体中的深度是否有关?于是他将物块横放后挂在弹簧测力计下,使其露出水面高度与图乙相同,测力计示数为2.3N,与乙图数据对比,小王得出结论:物体在浸没前,浮力大小与物体浸在液体中的深度有关。你认为该方案是否合理,并说明理由: 。
13.为证明“物体受到的浮力和重力有关”的观点是错误的,小亮从实验室中找到了符合实验要求的弹簧测力计、烧杯、体积相同的实心铜块和铝块等器材进行实验。(ρ铜>ρ铝)
(1)如图A、B是他的部分实验步骤,铜块所受浮力F浮1= 。
(2)若想通过实验证明“物体受到的浮力和重力有关”的观点是错误的,他应该如何操作呢?弹簧测力计位置不变,细线的长度可调节,请你在图C上画出科学合理、简明扼要的操作示意图并标注物块和液体名称。
(3)C图中物块所受浮力记为F浮2,当F浮1 F浮2(选填“等于”或“不等于”),就可以证明这种观点是错误的。
14.为了验证“阿基米德原理”,小明所在的兴趣小组设计了如图所示的实验装置:其中A、B为弹簧测力计,C为金属块,D为薄塑料袋(质量不计),E是自制溢水杯,F是可升降平台。
(1)先将金属块挂在测力计A下,读出金属块未浸入水中时测力计的示数如图甲所示,则金属块的重力是 N,然后将溢水杯放在可升降平台上,在溢水杯中装满水,并将两支弹簧测力计及薄塑料袋按图乙方式组装好。
(2)小明逐渐调高平台F,使金属块浸入水中的体积越来越大、观察到弹簧测力计A的示数逐渐 (选填“变大”、“变小”或“不变”);同时观察到D中水的体积越来越多,这表明浮力大小与 有关。
(3)实验时,金属块在浸入水的过程中弹簧测力计A示数的变化量为ΔFA,弹簧测力计B示数的变化量为ΔFB,若两者间存在 关系,则说明阿基米德原理是成立的。
(4)金属块浸没(未碰底)在水中后弹簧测力计A示数为1.2N,则此时金属块受到的浮力是 N,金属块排入D中水重为 N;若此时,弹簧测力计B的示数为3.0N,则小明在实验中可能存在的不当操作是 (写出一种可能)。
15.在探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验中,某小组同学用如图所示的装置,将同一物体分别逐渐浸入到水和酒精中,为了便于操作和准确收集数据,用升降台调节溢水杯的高度来控制物体排开液体的体积。他们观察并记录了弹簧测力计的示数及排开液体的体积。实验数据记录在表中。
液体种类 实验序号 物体重力G物/N 弹簧测力计示数F/N 物体受到的浮力F浮/N 排开液体体积V排/cm3
水ρ水=1.0 g/cm3 1 2 1.5 0.5 50
2 1.0 1.0 100
3 0.5 1.5 150
酒精ρ酒精=0.8 g/cm3 4 2 1.6 0.4 50
5 1.2 0.8 100
6 0.8 1.2 150
(1)分析比较实验序号1、2和3(或4、5和6)可初步得出结论:当 相同时,物体 越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大;分析比较实验序号 可初步得出结论:当排开液体的体积相同时,液体的密度越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大。
(2)通过比较每次实验中物体受到的浮力和它排开液体的重力的关系,还可以验证 原理。
(3)本实验在探究“浮力的大小与哪些因素有关”时,选用了不同液体并进行了多次实验,其目的是 (选填字母序号).A.寻找普遍规律 B.取平均值减小误差
(4)实验中小明同学观察到将同一个物体浸没在密度越大的液体中时,弹簧测力计的示数越 。于是他灵机一动在弹簧测力计下挂一个重1.5N的物块,如图甲所示。当他把物块浸没在水中时,如图乙所示,弹簧测力计的读数为0.5N,他就在0.5N处对应标上1.0g/cm3的字样;当他把物块浸没在酒精中时,如图丙所示,应该在弹簧测力计刻度盘的 N处对应标上0.8g/cm3字样,聪明的他就将图甲所示装置改装成了一个能测液体密度的密度秤。
1.(2024 武汉)如图所示是“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的几个实验情景。实验甲、丙和丁中,弹簧测力计的示数分别为4.0N、2.8N和2.5N.若盐水的密度为1.2×103kg/m3,则下列结论正确的是( )
A.物体A的密度为3.2×103kg/m3
B.实验乙中,物体A受到的拉力为1.0N
C.实验丙中,弹簧测力计的示数比乙中小0.5N
D.实验丁中,容器底部受到的压力大于0.3N
2.(2025 青岛)(单选)探究浮力的大小跟哪些因素有关的实验情形如图所示,其中所用金属块a和塑料块b的密度不同,但重力均为1.6N,下列分析正确的是( )
A.金属块a浸没在水中时,受到浮力的大小为0.3N
B.利用甲、乙,可以探究浮力的大小与物体体积的关系
C.利用乙、丙,可以探究浮力的大小与物体密度的关系
D.利用丙、丁,可以探究浮力的大小与液体密度的关系
3.(2023 南京)如图所示,在一只轻薄透明塑料袋中装有半袋水,用弹簧测力计吊住塑料袋并将其缓慢浸入水中,当测力计示数减小为零时(塑料袋不接触杯底),发现袋内外水面相平。为了说明浮力的大小与液体的密度有关,仅提供密度不同的两种液体甲和乙(ρ甲>ρ水>ρ乙),在前面步骤的基础上,要求控制V排不变,以下关于器材选用的设计方案正确的是( )
A.将袋内水换成等体积的甲液体,袋外水不变
B.将袋内水换成等体积的乙液体,袋外水不变
C.将袋外水换成甲液体,袋内水不变
D.将袋外水换成乙液体,袋内水不变
4.(2024 株洲)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(要求袋内不留空气),然后用弹簧测力计将它吊起,称出水所受的重力。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排开水的体积增大而 。当水袋全部浸没水中时,弹簧测力计的读数为零,说明这时水袋所受浮力等于 。
5.(2024 无锡)如图所示是小华利用合金块、水等器材来探究浮力的实验情景。设计甲乙、丙所示实验的目的是为了探究浮力的大小与 的关系。合金块浸没在水中时所受浮力为 N,合金块的体积为 m3,其密度为 kg/m3.(g取10N/kg)
6.(2024 绍兴)小敏对“物体在水中浸没前受到的浮力是否与浸入深度有关”进行了研究。
(1)将一长方体金属块横放,部分体积浸入水中时,在液面所对的烧杯壁作一标记线,读出弹簧测力计的示数F甲(如图甲)为 牛;再把金属块竖放浸入同一杯水中,当 时,读出弹簧测力计示数F乙(如图乙)。比较发现F乙=F甲,小敏得出:浸没前物体受到的浮力与浸入深度无关。
(2)图中两种状态时,金属块底部受到水的压强p甲 p乙(选填“大于”、“等于”或“小于”)。
7.(2025 无锡)如图所示,某同学正在探究影响浮力大小的因素。
(1)为了探究浮力大小与物体排开液体体积的关系,接下来的操作是 ,并观察弹簧测力计示数的变化。
(2)将水换成酒精,比较物体浸没时弹簧测力计的示数,可探究物体所受浮力大小与 的关系。
8.(2024 临沂)晓雯学习了浮力知识后进一步思考:浮力是液体对物体向上的托力。而物体间力的作用是相互的,所以物体对液体一定有向下的压力,那么浮力的大小与物体对液体压力的大小有什么关系呢?
(1)晓雯利用烧杯、水、天平、金属圆柱体、细线和测力计,进行了如下探究:
①在烧杯中盛适量水,用天平测出烧杯和水的总质量m1=136g;
②用测力计测出圆柱体的重力G=0.54N;
③如图所示,将圆柱体部分没入水中,记下测力计的示数F,则圆柱体所受水的浮力为 ;保持圆柱体浸入水中的部分不变,向天平的右盘加上适量的砝码。使天平重新平衡。记下天平的读数m2,则圆柱体对水的压力为 。
(2)下表为晓雯记录的实验数据:(表中h2>h1)
圆柱体的位置 测力计的示数F/N 圆柱体浸入后天平的读数m2/g
圆柱体部分浸入 0.44 146
圆柱体浸没深度h1 0.34 156
圆柱体浸没深度h2 0.34 156
通过分析表格中的数据,可以得出:浮力的大小 物体对液体压力的大小;你还可以得出什么结论? (写出一条即可)
9.(2024 菏泽)物理学习小组在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中,用同一金属块依次进行如下步骤的操作:
根据上述实验步骤,完成下列问题:
(1)步骤A中金属块重 N;
(2)步骤B中金属块受到的浮力为 N;
(3)分析 三步骤数据,初步得出浮力大小与液体密度有关;
(4)若步骤D中仅把盐水换成密度比水小的等体积的酒精,测力计的示数 1.6N(选填“大于”、“小于”或“等于”);
(5)结合已学知识,根据步骤A、C,计算出金属块的体积为 m3(ρ水=1.0×103kg/m2,g取10N/kg)。
10.(2025 云南)实验小组探究浮力大小与哪些因素有关的实验过程如图所示。
(1)a中将铁块缓慢浸入水中,随着深度增加,弹簧测力计示数逐渐变小,铁块受到的浮力逐渐 ,表明浮力与深度有关;铁块浸没后,继续增加深度,弹簧测力计示数不变,表明浮力与深度无关,前后结论不一致。分析发现以上实验某过程中同时改变了深度和 。
(2)改用b中的物块继续探究,此物块重 N,c、d中物块所受浮力均为 N。由此可知,浸在同种液体中的物体所受浮力大小与浸在液体中的深度 关。
(3)根据b、d、e三次实验可知,浸在同种液体中的物体所受浮力大小与排开液体的体积有关,排开液体的体积越大,所受浮力 。分析b、 三次实验可知,排开液体的体积相同时,物体所受浮力大小与液体密度有关。
(4)若将b中的物体换成相同材料的球体,则不能完成b、c、d三次实验的探究,具体理由是 。
11.(2024 青岛)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 。
12.(2025 大兴安岭)小明在得出浸在液体中的物体受到的浮力大小跟物体本身因素无关的结论后,进一步探究“浮力的大小跟哪些因素有关”。
表一
实验次序 液体种类 物体下表面浸入水中的深度/cm 弹簧测力计的示数/N
1 水 0 2.7
2 2 2.2
3 4 1.7
4 6 1.7
… … …
(1)如图甲所示,小明将装有适量水的烧杯放在盘中,用手把空的饮料罐沿竖直方向逐渐按入水中。此过程中,手感受到饮料罐受到的浮力逐渐增大。小明通过分析现象提出猜想,浮力大小可能跟物体浸入液体的深度或物体浸在液体中的 有关。通过其他生活经验,小明还猜想浮力的大小可能跟液体密度有关。
(2)小明用图乙的实验装置进行实验。将盛有适量水的容器放置在桌面上,正确使用弹簧测力计,将一个长方体铝块(高为4cm)用细线悬挂在弹簧测力计下。使铝块沿竖直方向逐渐下降,缓慢浸入水中。实验过程中,保持弹簧测力计的轴线与铝块的竖直轴线在同一直线上。获取触底前的多组实验数据并记录在表一中。
①分析实验数据可知,铝块受到的重力是 N,第2组实验中铝块受到的浮力是 N。
②分析第1、3、4三组实验数据可知,浮力大小跟物体浸入液体的深度 (选填“有关”或“无关”)。
③分析第1、2、3三组实验数据可得出初步结论: 。
(3)小明根据实验的初步结论,设计了用图丙所示装置测量某液体密度的方案:
①将3个空的相同厚底薄壁圆柱形玻璃容器(高为15cm)放入足够深的水槽中,待稳定后,容器A、B、C都保持竖直静止,测得容器A、B、C浸入水中的深度均为6cm。
②向容器B、C中分别缓慢装入 (选填“质量”或“体积”)相等的某液体和水。待稳定后,容器A、B、C都保持竖直静止,且未触底。测量容器B、C浸入水中的深度,将容器A、B、C浸入水中的深度记录在表二中。
③分析表二中的数据,通过计算可知,液体的密度ρ液= kg/m3。
表二
容器 A B C
容器浸入水中的深度/cm 6 12 11
13.(2024 武汉)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。图乙中物体未放入前溢水杯装满水,物体浸没后用量筒测出溢出水的体积,如图丁所示。
(1)为了探究浮力的大小与液体密度的关系,应选择 两图;该小组同学通过比较F1和 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 。
(2)物体浸没在水中时所受浮力大小为 N,盐水的密度为 kg/m3。
14.(2023 滨州)“且夫水之积也不厚,则其负大舟也无力。覆杯水于坳堂之上,则芥为之舟;置杯焉则胶,水浅而舟大也。”出自战国庄子的《逍遥游》。从文中大舟与水的关系,我们可以得到这样的启示:求大学问,干大事业,必须打下坚实、深厚的基础。但从物理的角度,“水之积也不厚,则其负大舟也无力。”是指水的深度还是水的质量呢?即物体能否在水中漂浮(所受浮力的大小),究竟与水的深度有关还是与水的质量有关呢?为了探究这一问题,某兴趣小组用烧杯、水、圆柱形木块、刻度尺等器材,进行了如下探究,如图所示。
将两个完全相同的底面积为8cm2,高为10cm的圆柱形木块,分别放入底面积为10cm2和12cm2的甲、乙两个容器中。分别向两个容器中加水,观察和记录每个容器每次加水的深度和木块的状态,实验数据及现象记录如下表。实验中,容器足够高,无水溢出,不考虑木块吸水,ρ水=1×103kg/m3,g=10N/kg。根据实验现象和实验数据,求:
实验次数 容器中水深(h/cm)和木块的状态
甲容器 甲容器中木块 乙容器 乙容器中木块
1 4cm 不能浮起 4cm 不能浮起
2 5cm 不能浮起 5cm 不能浮起
3 6cm 刚好浮起 6cm 刚好浮起
4 7cm 浮起 7cm 浮起
(1)甲容器中木块刚好浮起时,水对容器底部的压强。
(2)木块的密度。
(3)木块刚好浮起时,甲、乙容器分别加入水的质量。并由计算结果和实验现象判断:木块能否浮起,取决于容器中水的深度还是水的质量?
(4)实验完成,把木块从甲容器拿出,甲容器对桌面压强的变化量。
【参考答案】
1.【答案】A
【解答】要探究物体所受浮力大小与物体排开液体的体积有关时,要控制液体的密度不变,改变物体排开液体的体积,由以上四图可知甲、丙两图符合。
故选:A。
2.【答案】D
【解答】用弹簧测力计测量圆柱体的重力G后,物重不在发生变化,
将圆柱体分别浸入水和浓盐水中,且控制圆柱体排开液体的体积相同,观察并记录弹簧测力计的示数F′,
由F浮=G﹣F′可知,圆柱体所受浮力的变化,即可探究液体密度对浮力的影响。
故选:D。
3.【答案】A
【解答】要探究浮力与液体密度的关系,需使同一物体分别浸没在不同的液体中,测出物体在不同液体中的浮力,通过比较得出结论。因此首先用弹簧测力计测出物体在空气中的重力,将物体分别浸没在酒精、水、盐水中,读出测力计的示数,所以实验中需用到②③④⑤⑥⑦,则A符合题意。
故选:A。
4.【答案】0.37;浸没在液体中的物体所受到的浮力与其浸没的深度是否有关
【解答】铝块受到水的浮力:
F浮=G﹣F示=1N﹣0.63N=0.37N;
他让浸没在水中的铝块处在不同的深度,然后观察弹簧测力计的示数是否变化,探究的是浸没在液体中的物体所受到的浮力与其浸没的深度是否有关。
故答案为:0.37;浸没在液体中的物体所受到的浮力与其浸没的深度是否有关。
5.【答案】0.5;错;因为研究浮力大小与液体的密度的关系,没有保证排开液体的体积相等
【解答】(1)由AB两图知道,鸡蛋重G=0.6N,鸡蛋在水中弹簧测力计的示数为0.1N,
鸡蛋在水中受到的浮力:F浮=G﹣F示=0.6N﹣0.1N=0.5N;
(2)由C图中看出,鸡蛋没有浸没于盐水中,和B图中比较,鸡蛋排开液体的体积不同,液体的密度也不同,不能得出鸡蛋受到的浮力大小与液体的密度有关,故翔翔的结论是错的,因为研究浮力大小与液体的密度的关系,要保证排开的液体的体积相等。
故答案为:(1)0.5;
(2)错,因为研究浮力大小与液体的密度的关系,没有保证排开液体的体积相等。
6.【答案】增大;袋内水的重力(或水袋排开水的重力)
【解答】(1)浮力与液体的密度和物体排开液体的体积有关。这袋水逐渐浸入水中,它排开液体的体积逐渐增大,而液体体积不变,根据F浮=ρ液v排g可知,浮力变大。
(2)弹簧测力计的示数F=G﹣F浮,弹簧测力计的示数为零,说明F浮=G即水袋所受浮力等于袋内水的重力。
故答案为:增大、袋内水的重力。
7.【答案】大;弹簧测力计示数更稳定,减小测量误差。
【解答】体积越大,可以使实验效果更加明显,测力计示数变化越明显;将测力计固定在铁架台上更稳定,便于读数,添加升降台可使铁块均匀缓慢入水,方便观察铁块慢慢入水时拉力的变化,减少测量误差。
故答案为:大;弹簧测力计示数更稳定,减小测量误差。
8.【答案】不正确;图乙中物体与杯底接触,杯底给了物体一个向上的支持力,导致弹簧测力计的示数变小,从而得到错误的实验结论。
【解答】由图乙可知,物体与杯底接触,杯底给了物体一个向上的支持力,导致弹簧测力计的示数变小,从而得到错误的实验结论。
故答案为:不正确;图乙中物体与杯底接触,杯底给了物体一个向上的支持力,导致弹簧测力计的示数变小,从而得到错误的实验结论。
9.【答案】(1)物体排开液体的体积;
(2)物体浸没的深度;
(3)1;
(4)1。
【解答】(1)从图①②③可以得出,物体部分排开水时的浮力=4N﹣3.6N=0.4N,物体全部排开水时的浮力=4N﹣3N=1N,两次的液体都是水,故可得出:浮力的大小与物体排开液体的体积有关;
(2)从图①③④可以得出,物体完全浸没时,无论浸没深度如何,其浮力=4N﹣3N=1N,是不改变的,故可得出:浮力的大小与物体浸没的深度无关;
(3)图④中物体受到的浮力=4N﹣3N=1N;
(4)观察图⑤可以看出物体接触了容器底,通过与图④比较可以看出,弹簧测力计的示数变小了,说明受到了容器底的支持力的作用,根据阿基米德原理,液体密度相同、排开液体的体积相同,其所受浮力应该是相同的。故图⑤中物体受到的浮力也是1N。
故答案为:(1)物体排开液体的体积;
(2)物体浸没的深度;
(3)1;
(4)1。
10.【答案】(1)排开液体的体积;(2)液体的密度;变大;(3)深度;(1)液体密度和物体排开液体体积;(2)将相同的重物浸没在水中的不同深度进行对比。
【解答】观察并猜想:(1)(2)由图可知浮力的大小与液体的密度和排开液体的体积有关;
人从河岸走向河心时,液体密度不同,排开液体的体积变大,所以感到受到的浮力变大;
(3)浮力的大小可能还与深度有关;
思考:(1)(2)探究浮力的大小是否与物体浸没在液体中深度的关系时,要保证液体密度和物体排开液体体积均一定,所以可以将相同的重物浸没在水中的不同深度进行对比。
故答案为:(1)排开液体的体积;(2)液体的密度;变大;(3)深度;(1)液体密度和物体排开液体体积;(2)将相同的重物浸没在水中的不同深度进行对比。
11.【答案】1;1.1;密度。
【解答】弹簧测力计在空气的示数即为重力的大小G=4N,浸没在水中的F拉=3N,在水中受到的浮力F浮=G﹣F拉=4N﹣3N=1N;
浸没在盐水中的F拉′=2.9N,故在盐水中受到的浮力F浮′=G﹣F拉=4N﹣2.9N=1.1N;
由于物体都浸没在水和盐水中,故排开液体体积相等,液体的密度不同,其受到的浮力不同,故可以看出浮力的大小与液体的密度有关;
故答案为:1;1.1;密度。
12.【答案】(1)1.2;(2)变大;不变;(3)排开水的体积变大;(4)300;(5)不同;(6)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。
【解答】(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)分析图像可知:浸没前,h增加,F浮变大;浸没后,h增加,F浮不变。
(3)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F浮=G﹣F可知物体受到的浮力越大,从浅水区走向深水区时浮力会变大是因为人浸入水中的体积变大。
(4)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
(5)若把此物块捏成高为6cm的圆锥体,重复上述实验,浸入相同深度时,排开液体的体积不同,增加的浮力也不同,所以h在0~6cm时的图像为曲线不是直线,因此两次实验所得的F浮随h变化的图像不同。
(6)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;(2)变大;不变;(3)排开水的体积变大;(4)300;(5)不同;(6)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。
13.【答案】(1)①圆柱体的重力G;②将圆柱体下部的一格浸入水中;④G﹣F;(2)F浮/N。
【解答】(1)①测浮力时,将圆柱体悬挂在弹簧测力计下,静止时,弹簧测力计示数等于物体重力,故填圆柱体的重力G;
②测物体所受浮力时,应将物体浸入液体中,注意与题干③的叙述和操作方法保持连贯和一致,题干③中分别将圆柱体下部的两格、三格浸入水中,故上一步操作应为将圆柱体下部的一格浸入水中;
④根据二力平衡知识,此圆柱体的重力等于圆柱体在水中受到的浮力和测力计对圆柱体的拉力之和,从而得出浮力公式F浮=G﹣F;
(2)记录好三次实验数据后,将得出的F浮=G﹣F也记录在表格中,寻找普遍性规律。缺少的实验数据应为F浮,注意带上单位N。
故答案为:(1)①圆柱体的重力G;②将圆柱体下部的一格浸入水中;④G﹣F;(2)F浮/N。
1.【答案】D
【解答】A、由图乙知,金属块浸没在水中,弹簧测力计的示数为1.0N,所以金属块a受到的浮力为F浮=G﹣F示=1.6N﹣1.0N=0.6N,故A错误;
B、图甲、乙比较知,金属块a浸入水中,排开水的体积不同,所以可探究的是浮力与物体排开液体的体积的关系,故B错误;
C、图乙、丙比较知,体积不同的金属块a与塑料块b,浸没在水中,所以可探究的是浮力大小与物体排开液体体积的关系,故C错误;
D、图丙、丁比较知,塑料块b浸没在水及酒精中,弹簧测力计的示数不同,说明塑料块所受的浮力不同,所以可探究的是浮力的大小与液体密度的关系,故D正确。
故选:D。
2.【答案】A
【解答】A、实心铁块和铜块体积相同,ρ铁<ρ铜,根据密度公式得,m铁<m铜,根据重力公式得,G铁<G铜,
根据阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排得,F浮铁=F浮铜,
根据F浮=G﹣F拉得,F拉铁<F拉铜,所以,铜块替换铁块仍浸没在图示位置,弹簧测力计的示数会变大,故A正确;
B、铁块浸没在水中不同的深度时,液体密度不变,排开水的体积不变,由F浮=ρ液gV排可知浮力不变,铁块重力不变,故弹簧测力计示数不变,故B错误;
C、向杯中加盐并轻轻搅动,液体的密度变大,在排开液体的体积不变时,根据F浮=ρ液gV排可知,浮力变大,铁块重力不变,故弹簧测力计示数变小,故C错误;
D、铁块浸在水中的体积逐渐增大,排开液体的体积变大,根据F浮=ρ液gV排可知,液体密度不变时,浮力变大,铁块重力不变,故弹簧测力计示数变小,故D错误。
故选:A。
3.【答案】C
【解答】当物体在水中的深度h<2cm时,物体浸入水的过程中,其排开水的体积V排增大,且由于物体为圆锥体,V排增大迅速,由F浮=ρ液gV排知,其在水中受到的浮力增大且增加量变大,物体缓慢浸入,物体处于平衡状态,物体的重力不变,由G物=F拉+F浮可知,测力计的拉力F拉减小,且减小的越来越快;
当物体在水中的深度h≥2cm时,物体浸入水的过程中,其排开水的体积V排不变,F拉不变,物体的重力不变,由F浮=ρ液gV排知,其在水中受到的浮力不变,物体缓慢浸入,物体处于平衡状态,由G物=F拉+F浮可知,测力计的拉力F拉不变,故C正确,ABD错误。
故选:C。
4.【答案】B
【解答】要探究浮力与物体形状的关系,需保持液体密度和排开液体的体积不变,所以应该选用体积相同,形状不同的橡皮泥,故ACD错误,B正确。
故选:B。
5.【答案】C
【解答】
A、本实验中是通过手的感受来反映浮力的大小,所以探究手掌的感受与浮力大小有什么关系没有探究价值,故A错误;
B、因为空桶压入水中,形状没有发生变化,所以无法探究浮力的大小与当入液体中物体形状的关系,故B错误;
CD、用手缓慢把空桶压入水中,随着空桶浸入液体中的深度增加,手感受到的浮力也在增加;当空桶全部浸没后,空桶浸入的深度增加,手感受到的浮力几乎不变,所以最容易想到的科学问题是浮力的大小与物体浸入液体的深度有什么关系,其本质是浸在液体中的物体排开液体体积的变化;
“浮力的大小与物体浸入液体的深度有什么关系”这个问题不是很全面、也不是很准确;
所以最有探究价值且易于探究的科学问题:浮力的大小与物体排开液体的体积有什么关系,故C正确,D错误。
故选:C。
6.【答案】ACD
【解答】将电子秤放在水平桌面上并调零,然后将装有适量水的烧杯放到电子秤上静止时,记录电子秤示数为m1;用细线系住铝块并将其一半缓慢浸入水中静止时,记录电子秤示数为m2;电子秤增大的示数等于铝块排开水的质量,此时排开的液体重力为m2g﹣m1g;如图所示,当铝块浸没在水中静止时,记录电子秤示数为m3。此时排开的液体重力为m3g﹣m1g;
A、铝块浸没在水中静止时与铝块一半浸入水中静止时相比,排开水的体积变大,水的深度增加,水对烧杯底的压强变大,故A正确;
B、铝块浸没在水中静止时,绳对铝块的拉力等于G﹣F浮,而浮力等于铝块排开水的重力,两者不等;故B错误;
C、铝块浸没在水中静止时,铝块所受到的浮力等于排开水的重力,而此时排开水的重力G=m3g﹣m1g;故C正确;
D、部分浸入和全部浸没时,液体的密度不变,排开液体的体积不等,而两次的浮力分别为m2g﹣m1g和m3g﹣m1g,且m2g﹣m1g≠m3g﹣m1g,说明浮力不等,得出的结论是浸在水中的物体所受浮力大小跟物体排开水的体积有关。故D正确。
故选:ACD。
7.【答案】(1)检查指针是否指在零刻度线;0.6;(2)0.5;竖直向上;不是。
【解答】(1)弹簧测力计使用前要检查指针是否指在零刻度线,如果没有指在零刻度线,要进行调节使指针指在零刻度线;由图1可知,弹簧测力计的分度值是0.1N,弹簧测力计的示数是0.6N,物体受到的重力是0.6N。
(2)由图2可知,弹簧测力计的示数是0.1N,物体浸没在水中受到的拉力是0.1N,物体受到的浮力F浮=G﹣F=0.6N﹣0.1N=0.5N,浮力的方向竖直向上。物体受到重力、拉力和浮力的作用,三力平衡,所以物体所受到的浮力与其所受的重力不是平衡力。
故答案为:(1)检查指针是否指在零刻度线;0.6;(2)0.5;竖直向上;不是。
8.【答案】用弹簧测力计测出金属块B的重力,再将金属块B缓慢的浸入清水中,让金属块B刚好完全浸没,不碰底不碰壁,记录弹簧测力计此时的示数F2;F1≠F2。
【解答】探究“浮力大小与液体密度的关系”实验,控制其它条件相同,只改变液体的密度,大小和材料相同的A、B两金属块的重力相同,用弹簧测力计测出金属块A的重力,再将金属块A缓慢的浸入浓盐水中,让金属块A刚好完全浸没,不碰底不碰壁,记录弹簧测力计此时的示数F1,此时A受到的浮力为FA=G﹣F1;
接下来,用弹簧测力计测出金属块B的重力,再将金属块B缓慢的浸入清水中,让金属块B刚好完全浸没,不碰底不碰壁,记录弹簧测力计此时的示数F2,则B受到的浮力为FB=G﹣F2;
若出现F1≠F2,则两个金属块受到的浮力不同,说明浮力的大小与液体密度有关。
故答案为:用弹簧测力计测出金属块B的重力,再将金属块B缓慢的浸入清水中,让金属块B刚好完全浸没,不碰底不碰壁,记录弹簧测力计此时的示数F2;F1≠F2。
9.【答案】空小桶的重力;a,b;F3﹣F4;F1﹣F2=F3﹣F4
【解答】要求被排开液体的重力,得用桶和水的总重力减去桶的重力才可,所以d是测量空小桶的重力的;要求塑料块的浮力便用a、b两图便可,用F1﹣F2求出,最后关系式F1﹣F2=F3﹣F4成立,就可以得到著名的阿基米德原理。
故答案为:空小桶的重力;a,b;F3﹣F4;F1﹣F2=F3﹣F4;
10.【答案】(1)4.2;(2)1;(3)液体的密度;(4)C、D。
【解答】
(1)由甲图知,测力计的分度值是0.2N,物体A的重力G=4.2N;
(2)由图乙可知,物体浸没在水中时测力计的示数为3.2N,
则物体受到的浮力:F浮1=G﹣F拉=4.2N﹣3.2N=1N;
(3)图丙中物体受到的拉力F拉′=3.4N,
图丙中物体受到的浮力:F浮2=G﹣F拉′=4.2N﹣3.4N=0.8N,
所以F浮1>F浮2;
又知物体排开液体的体积相同,水的密度大于酒精的密度,
所以,在排开液体体积相同时,物体受浮力的大小与液体的密度有关;
(4)浮力大小与液体密度和排开液体的体积有关,要想探究物体受到的浮力与物体的密度是否有关,应使物体的体积相同,密度不同,并使其浸没在同种液体中;C、D两物体的体积相同,但是由不同物质组成的,所以物体的密度不同,因此选择C、D。
故答案为:(1)4.2;(2)1;(3)液体的密度;(4)C、D。
11.【答案】变大;小
【解答】若将弹簧测力计(连同被测量的物体)移至真空罩内,在抽去罩内空气后,物体原来受到空气对它的浮力将消失,而物体的重力是不变的,所以弹簧测力计的示数将变大;
根据ρ知在质量一定时物体的密度越小,体积越大,根据F浮=ρ气gV排知体积大,浮力大,所以真空罩内弹簧测力计的示数与在空气中的差别更大,即为了使实验效果明显,最好选用密度较小的物体。
故答案为:变大;小。
12.【答案】(1)上;变大;0.3;(2)越大;无关;(3)1.1;准确;(4)不合理,未控制 V排 相同。
【解答】(1)将物块部分浸入水中,发现测力计示数减小的同时水面升高了,弹簧测力计示数减小,说明水有向上的托力,即说明物块受到了竖直向上的浮力,液体压强与深度有关,深度增大,水对容器底部的压强与放入物块前相比增大了。当测力计示数如图甲所示时,浮力为F浮=G﹣F=2.7N﹣2.4N=0.3N;
(2)由甲、乙、丙的数据可知:液体相同,排开液体的体积不同,且浸入的体积越大,拉力越小,说明浮力越大,故得出:在同种液体中,物体排开液体的体积越大,浮力越大;由丙、丁的数据可知:同种液体都是浸没,改变了深度,浮力不变,故物体浸没在同种液体中时所受浮力大小跟深度无关;
(3)然后将物块浸没在盐水中如图戊所示,分析数据可知:浮力大小与液体的密度有关;
水中浸没的浮力F'浮=G﹣F'=2.7N﹣1.7N=1N;
由阿基米德原理F浮=ρ水gV排可得:1N=ρ水gV排;
盐水中浸没的浮力F'浮盐=G﹣F''=2.7N﹣1.6N=1.1N;
由阿基米德原理F浮=ρ水gV排可得:1.1N=ρ盐水gV排;
浸没的V排相同,解得ρ盐水=1.1ρ水=1.1g/cm3;
若在实验前,弹簧测力计的指针在零刻度线以下,并未调零,测量的重力和拉力都偏大,但浮力是差值,准确的,根据上升计算知,则算出的盐水密度准确;
(4)同组的小王同学还想进一步探究:物体在浸没前,浮力大小与物体浸在液体中的深度是否有关?于是他将物块横放后挂在弹簧测力计下,使其露出水面高度与图乙相同,由于底面积改变,则浸入的体积改变,根据控制变量法,探究与深度关系,必须控制液体密度和排开液体的体积相同,因而实验不合理,未控制 V排 相同。
故答案为:(1)上;变大;0.3;(2)越大;无关;(3)1.1;准确;(4)不合理,未控制 V排 相同。
13.【答案】(1)1N;(2)见解答;(3)等于。
【解答】从图A可知铜块的重力G=9N,根据称重法可知图B中所受的浮力为F浮=G﹣F示=9N﹣8N=1N;
(2)通过实验证明“物体受到的浮力和重力有关”的观点是错误的,必须改变物体的重力,且保持液体的密度和排开液体的体积不变,因而选择铝块,浸没水中,如图所示:
(3)由于浮力与物体的重力无关,因而C图中物块所受浮力记为F浮2,当F浮1等于F浮2,就可以证明这种观点是错误的。
故答案为:(1)1N;(2)见解答;(3)等于。
14.【答案】(1)4.6;(2)变小;排开液体的体积;(3)相等;(4)3.4;3.4;最初溢水杯中的水未装至溢水口。
【解答】(1)测力计分度值为0.2N,物体的重力为4.6N;
(2)逐渐调高平台,重物浸入水中的体积越来越大时,排开液体的体积变大,根据F浮=ρ液gV排可知,重物受到的浮力变大,因为F浮=G﹣F′,所以弹簧测力计A的示数F′=G﹣F浮变小;
又因为重物浸入水中的体积越来越大时,溢出水的体积变大、溢出水的质量变大、溢出水受到的重力变大,由此可知,浮力大小与排开液体的体积有关;
(3)由实验可知,弹簧测力计A示数的变化量ΔFA和弹簧测力计B的示数变化量ΔFB相等,即物体所受浮力的大小和排开液体的重力相等,这就是阿基米德原理的主要内容;
(4)根据称量法知,此时金属块受到的浮力为:F浮=G﹣F2=4.6N﹣1.2N=3.4N;
根据阿基米德原理,即物体所受浮力等于排开液体所受重力可知金属块排入D中水重为3.4N;
此时,弹簧测力计B的示数是3.0N,即G排=3.0N,所以排开液体的重力小于浮力,这可能是最初溢水杯中的水未装至溢水口,则金属块排开水的只有一部分溢出到薄塑料袋中,导致排开水的重力G排偏小。
故答案为:(1)4.6;(2)变小;排开液体的体积;(3)相等;(4)3.4;3.4;最初溢水杯中的水未装至溢水口。
15.【答案】见试题解答内容
【解答】(1)①分析比较实验序号1、2和3(或4、5和6)可知,液体的密度相同,物体浸入液体中的体积越大,弹簧测力计的示数越小,即所受的浮力变大;故可得结论:当液体密度相同时,物体排开液体的体积越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大。
②在探究浮力的大小与液体密度的关系时,应控制排开液体的体积不变,改变液体的密度;结合表格可知1、4或者2、5或者3、6符合。
(2)物体排开液体的重力G排=m排g=ρV排g,由表中实验数据可知,每次实验时,物体受到的浮力都等于它排开液体的重力,即F浮=G排,此实验可以验证阿基米德原理。
(3)在探究“浮力的大小与哪些因素”有关时,选用了不同液体并进行了多次实验的目的是减小偶然性,使实验得出的实验规律更具有普遍性,所以本实验的目的是寻找普遍规律。
(4)根据F浮=ρgV排可知,物体浸没时排开水的体积和本身的体积相等,所以将同一个物体浸没在密度越大的液体中时受到的浮力变大,根据F浮=G﹣F′可知弹簧测力计的示数越小;
当他把物块浸没在水中时,受到的浮力:F浮=G﹣F′=1.5N﹣0.5N=1N,
根据阿基米德原理得:1N=ρ水gV排﹣﹣﹣﹣﹣①
当他把物块浸没在酒精中时,F浮酒=ρ酒gV排﹣﹣﹣﹣﹣②
∵两者排开液体的体积相等,∴①②两式相比可得:
F浮酒=0.8N,此时应标在弹簧测力计的1.5N﹣0.8N=0.7N处。
故答案为:(1)液体密度;排开液体体积;1、4或2、5或3、6;(2)阿基米德;(3)A;(4)小;0.7。
1.【答案】D
【解答】
A、实验甲、丙中,弹簧测力计的示数分别为4.0N、2.8N,
由F浮=G﹣F拉可得,
F浮=ρ盐水g V排,
物体A全部浸没,所以V排等于V物,则:
ρ盐水gV排=G﹣F拉,
V排=V物,
将ρ盐水=1.2×103kg/m3、G=4N、F拉=2.8N代入上式可得:
V排=V物=1×10﹣4m3,
物体A的质量m0.4kg,
物体A的密度ρ4×103kg/m3,故A错误;
B、物体A在水中受到的浮力,
F浮水=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣4m3=1N,
在乙中物体A受到的拉力:F=G﹣F浮水=4N﹣1N=3N,故B错误;
C、在实验丙中,弹簧测力计的示数:F丙拉=2.8N,在乙中物体A受到的拉力:F=3N,
弹簧测力计的示数比乙中小:3N﹣2.8N=0.2N,
故C错误;
D、由甲、丙,F浮盐水=G﹣F丙拉=4N﹣2.8N=1.2N,根据实验丁中物体A对烧杯底部的压力等于支持力,F支=G﹣F浮﹣F丁拉=4N﹣1.2N﹣2.5N=0.3N,容器底部也受到盐水对它的压力,故压力大于0.3N,故D正确。
故选:D。
2.【答案】D
【解答】A、金属块a浸没在水中时,根据称重法测浮力可知,受到浮力的大小为F浮=G﹣F乙=1.6N﹣1.0N=0.6N,故A错误;
B、根据甲、乙可知,物体浸在液体的体积不同,排开的液体的体积不同,所以可以探究浮力的大小与物体排开液体体积的关系,故B错误;
C、根据乙、丙可知,物体的重力相同、物体的密度不同、物体的体积不同,浸没在同种液体中时排开的液体的体积不同,测力计示数不同,探究浮力与密度关系时,需要控制物体的体积相同(排开液体的体积相同),物体的密度不同,故C错误;
D、根据丙、丁可知,同一个物体浸没在不同液体中,排开的液体的体积相同,液体的密度不同,所以可以探究浮力的大小与液体密度的关系,故D正确。
故选:D。
3.【答案】D
【解答】为了说明浮力大小与液体密度有关,根据控制变量法,应控制物体塑料袋排开液体的体积不变,袋内水的体积不变,改变(袋外)液体的密度塑料袋排开液体的体积不变,使塑料袋内外液面相平,因为ρ水>ρ乙所以将装有半袋水的塑料袋放入乙液体中时,根据物体的浮沉条件,水在乙液体中会下沉,当塑料袋内水面和袋外乙液体的液面相平时,塑料袋排开乙液体的体积不变,记下此时弹簧测力计的示数,从而探究浮力大小与液体密度的关系,故D正确。
故选:D。
4.【答案】增大;袋内水的重力(或水袋排开水的重力)
【解答】(1)浮力与液体的密度和物体排开液体的体积有关。这袋水逐渐浸入水中,它排开液体的体积逐渐增大,而液体体积不变,根据F浮=ρ液v排g可知,浮力变大。
(2)弹簧测力计的示数F=G﹣F浮,弹簧测力计的示数为零,说明F浮=G即水袋所受浮力等于袋内水的重力。
故答案为:增大、袋内水的重力。
5.【答案】排开液体的体积;1;1×10﹣4;3×103
【解答】如甲、乙、丙三图所示的实验,探究的是浮力的大小与排开液体体积的关系;
由甲、乙两图得出,合金块浸没在水中受到的浮力:
F浮=G﹣F示=3N﹣2N=1N,
∵F浮=ρ水v排g,
∴合金块的体积:
v=v排1×10﹣4m3,
合金块的质量:
m0.3kg,
合金的密度:
ρ3×103kg/m3。
故答案为:排开液体体积,1,1×10﹣4,3×103。
6.【答案】1.6;水面与标记线相平;小于
【解答】(1)弹簧测力计的分度值为0.2N,示数F甲为1.6N;
在液体密度一定时,物体受到的浮力与排开液体的体积成正比,故当水面与标记线相平时,即控制排开液体体积不变,读出弹簧测力计示数F乙,比较发现F乙=F甲,得出:浸没前物体受到的浮力与浸入深度无关。
(2)图中两种状态时,h乙>h甲,根据p=ρgh知金属块底部受到水的压强p甲小于p乙;
故答案为:(1)1.6;水面与标记线相平;(2)小于。
7.【答案】减小物体排开水的体积;液体的密度
【解答】
(1)为了探究浮力大小与物体排开液体体积的关系,要控制排开液体的密度相同,只改变物体排开液体的体积,故接下来的操作是减小物体排开水的体积,并观察弹簧测力计示数的变化。
(2)将水换成酒精,比较物体浸没时弹簧测力计的示数,可探究物体所受浮力大小与液体的密度的关系。
故答案为:减小物体排开水的体积;液体的密度。
8.【答案】G﹣F;m2g﹣m1g;等于;浮力的大小与浸没的深度无关
【解答】(1)弹簧测力计在空中和水中的读数之差等于浮力,即浮力为:F浮=G﹣F;
物体对液体的压力等于增加砝码的重力,F压=(m2﹣m1)g。
(2)由第一组数据可知,F浮=0.54N﹣0.44N=0.1N;
物体对液体的压力F压=(m2﹣m1)g=(0.146kg﹣0.136kg)×10N/kg=0.1N;
由第二、三两组数据:浮力F浮=0.54N﹣0.34N=0.2N;
物体对液体的压力F压=(m2﹣m1)g=(0.156kg﹣0.136kg)×10N/kg=0.2N;
∴F浮=F压;
由一、二组数据可得:一组浮力0.1N,二组浮力0.2N,但二组圆柱体深度大于一组,说明物体浸没前浮力与浸入的深度有关;
由二、三组数据可得:二组浮力0.2N,三组浮力0.2N,但三组圆柱体深度大于二组,说明物体浸没后浮力与浸入的深度无关。
故答案为:(1)G﹣F;(m2﹣m1)g;(2)等于;浮力的大小与浸没的深度无关。
9.【答案】(1)2.6;(2)0.4;(3)ACD;(4)大于;(5)1×10﹣4。
【解答】(1)由A知,物体静止,所受重力与拉力相等,根据测力计的示数得出物体的重力为2.6N;
(2)在实验步骤B中,金属块受重力、浮力、拉力,根据受力平衡可得:F浮水=G﹣F示=2.6N﹣2.2N=0.4N;
(3)分析实验步骤A、C、D,可知CD两次实验受到的浮力大小不同。在两次实验中排开液体的体积相同,但排开液体的密度不同,因此可以说明浮力大小跟液体的密度有关;
(4)根据(3)得到的结论,液体密度越大,浮力越大,弹簧测力计示数越小,故把盐水换成密度比水小的酒精,液体密度变小,浮力因此而变小,故拉力变大,因此测力计示数应大于1.6N;
(5)由实验AC,物体浸没在水中受到的浮力:F浮水=G﹣F示=2.6N﹣1.6N=1N,根据阿基米德原理:F浮水=ρ水gV排=ρ水gV物,得到V物1×10﹣4m3。
故答案为:(1)2.6;(2)0.4;(3)ACD;(4)大于;(5)1×10﹣4。
10.【答案】(1)变大;排开液体的体积;
(2)3.8;1.4;无;
(3)越大;e、f;
(4)球体的形状规则,深度不同时排开液体的体积也不同,不能探究浮力和深度的关系。
【解答】(1)a中将铁块缓慢浸入水中,随着深度增加,弹簧测力计示数逐渐变小,通过称重法计算可知,铁块受到的浮力逐渐变大,说明浮力与深度有关。铁块浸没后,继续增加深度,弹簧测力计示数不变,通过称重法计算可知,浮力不变,说明浮力与深度无关,分析发现以上实验某过程中同时改变了深度和排开液体的体积。
(2)由图b可知,弹簧测力计的分度值是0.1N,弹簧测力计的示数是3.8N,物块的重力是3.8N。
c、d中物块所受拉力都是2.4N,物块所受浮力均为F浮c= F浮d=G﹣Fc=3.8N﹣2.4N=1.4N,c、d图中物块浸入液体中的深度不同,浮力相同,说明浸在同种液体中的物体所受浮力大小与浸在液体中的深度无关。
(3)b、d、e三次实验,e图中物体排开液体的体积最大,弹簧测力计的示数最小,由称重法可知浮力最大,可以得到浸在同种液体中的物体所受浮力大小与排开液体的体积有关,排开液体的体积越大,所受浮力越大。
探究浮力和液体的密度的关系,保持排开液体的体积相同,液体的密度不同,选择b、e、f三次实验,e、f图中弹簧测力计的示数不同,由称重法可知浮力不同,可以得到排开液体的体积相同时,物体所受浮力大小与液体密度有关。
(4)若将b中的物体换成相同材料的球体,因球体的形状规则,深度不同时排开液体的体积也不同,所以不能探究浮力和深度的关系。
故答案为:(1)变大;排开液体的体积;
(2)3.8;1.4;无;
(3)越大;e、f;
(4)球体的形状规则,深度不同时排开液体的体积也不同,不能探究浮力和深度的关系。
11.【答案】(1)1.4;(2)变小;不变;排开液体的体积;(3)体积;相同;(4)丙。
【解答】(1)弹簧测力计的分度值为0.2N,此时指针指在1N和2N之间,所以此时弹簧测力计示数为1.4N;
(2)石块受到的浮力:F浮=G﹣F,石块的重力G不变,弹簧测力计的示数越来越小,石块所受的浮力越来越大了,当石块完全浸没后,石块所受浮力不变,弹簧测力计示数不变,说明说明浮力的大小与排开液体的体积有关,与深度无关;
(3)探究浮力大小是否与物体的密度有关时,需使物体排开液体的体积和液体的密度相同,物体的密度不同,故应选用体积相同、密度不同的物体,浸没与水中时,其所受浮力大小相同,说明物体所受浮力大小与物体的密度无关;
(4)浸在液体中的物体,其上、下表面受到液体对它的压力不同,且向上的压力大于向下的压力,压力差即为浮力,所以图丙可以反映浮力产生原因。
故答案为:(1)1.4;(2)变小;不变;排开液体的体积;(3)体积;相同;(4)丙。
12.【答案】(1)体积;
(2)①2.7;0.5;
②无关;
③液体密度一定时,浮力的大小与物体浸在液体中的体积成正比;
(3)②体积;
③1.2×103。
【解答】(1)根据图中浸入的深度在改变,同时浸入的体积也改变,故浮力大小可能跟物体浸入液体的深度或物体浸在液体中的体积有关。
(2)①根据没有浸入液体时,弹簧测力计的示数等于重力为2.7N;
根据称重法计算浮力知,第2组实验中铝块受到的浮力F浮=G﹣F=2.7N﹣2.2N=0.5N;
②分析第1、3、4三组实验数据可知,浸入的深度改变,而拉力不变,说明浮力不变,故浮力大小跟物体浸入液体的深度无关;
③分析第1、2、3三组实验数据可得出初步结论:浸入的体积改变,拉力改变,浮力改变,深度变为2倍,浸入体积变为2倍,浮力分别是F浮=G﹣F=2.7N﹣2.2N=0.5N;
F'浮=G﹣F'=2.7N﹣1.7N=1N;
浮力变为了2倍,说明是正比关系,故说明液体密度一定时,浮力的大小与物体浸在液体中的体积成正比;
(3)利用浮力测液体密度时,根据浮力等于重力,相当于间接测量了液体的质量,因而控制体积相等;
根据浮沉条件知,增大浮力等于增大的液体的重力,G=F浮;
ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×S×(0.11m﹣0.06m);
ρ液gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×S×(0.12m﹣0.06m);
解得:ρ液=1.2ρ水=1.2×103kg/m3。
故答案为:(1)体积;
(2)①2.7;0.5;
②无关;
③液体密度一定时,浮力的大小与物体浸在液体中的体积成正比;
(3)②体积;
③1.2×103。
13.【答案】见试题解答内容
【解答】(1)探究的是浮力的大小与液体密度的关系,应控制排开水的体积和浸没的深度相同,改变液体密度,符合要求的是图甲、丙;
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)量筒中排开水的体积V排=50cm3=50×10﹣6m3,
物体浸没在水中时所受浮力F浮=G排=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×50×10﹣6m3=0.5N,
物体重力G=F浮+F拉=0.5N+1.5N=2N,
物体在盐水中受到的浮力F浮′=G﹣F拉′=2N﹣1.4N=0.6N,
由F浮=ρ盐水gV排得:
盐水的密度:
ρ盐水1.2×103kg/m3。
故答案为:(1)甲、丙;F2;物体接触了容器底;(2)0.5;1.2×103。
14.【答案】(1)甲容器中木块刚好浮起时,水对容器底部的压强为600Pa;
(2)木块的密度为0.6×103kg/m3;
(3)木块刚好浮起时,甲、乙容器加入水的质量分别为12g和24g,木块能否浮起,取决于容器中水的深度;
(4)实验完成,把木块从甲容器拿出,甲容器对桌面压强的变化量为480Pa。
【解答】(1)由表中数据可知,甲容器中木块刚好浮起时水的深度h=6cm,
此时水对容器底部的压强:p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×6×10﹣2m=600Pa;
(2)甲容器中木块排开水的体积:V排=S木h排=8cm2×6cm=48cm3,
则木块受到的浮力:F浮=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×48×10﹣6m3=0.48N,
由物体的漂浮条件可知,木块的重力:G木=F浮=0.48N,
由G=mg可知,木块的质量:m木0.048kg=48g,
木块的体积:V木=S木h木=8cm2×10cm=80cm3,
则木块的密度:ρ木0.6g/cm3=0.6×103kg/m3;
(3)由表中数据可知木块刚好浮起时,甲、乙容器中水的深度均为6cm,
则甲、乙容器中水的体积分别为:
V水甲=(S甲﹣S木)h=(10cm2﹣8cm2)×6cm=12cm3,
V水乙=(S乙﹣S木)h=(12cm2﹣8cm2)×6cm=24cm3,
由ρ可知,甲、乙容器中水的质量分别为:
m水甲=ρ水V水甲=1×103kg/m3×12×10﹣6m3=1.2×10﹣4kg=12g,
m水乙=ρ水V水乙=1×103kg/m3×24×10﹣6m3=2.4×10﹣4kg=24g,
即木块刚好浮起时,甲、乙容器中加入水的质量不同,而加入水的深度相同,因此木块能否浮起,取决于容器中水的深度;
(4)容器对桌面的压力等于容器水和木块的总重力,
实验完成,把木块从甲容器拿出,此时改变的只有木块的重力,则甲容器对桌面的压力变化量:ΔF=G木=0.48N,
甲容器对桌面压强的变化量:Δp480Pa。
答:(1)甲容器中木块刚好浮起时,水对容器底部的压强为600Pa;
(2)木块的密度为0.6×103kg/m3;
(3)木块刚好浮起时,甲、乙容器加入水的质量分别为12g和24g,木块能否浮起,取决于容器中水的深度;
(4)实验完成,把木块从甲容器拿出,甲容器对桌面压强的变化量为480Pa。
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