易错专练11:浮力
易错点一:不能正确理解阿基米德原理,误认为物体密度、物体体积会影响物体受到的浮力。
典例1:(2018?绵阳模拟)某金属箔是由密度大于水的材料制成,取适量这种金属箔制成中空的筒,放入桌面上盛有适量水的烧杯中,发现它漂浮在水面上,然后再将此制成的金属筒揉成紧密的小团放入同一杯水中,发现它沉入水底,比较前后两种情况,下列说法正确的是( )
A.漂浮时受到的浮力比沉底时大,漂浮时比沉入水底时水对杯底的压强也大
B.揉成团后下沉是因为金属箔密度减小,受到的浮力小于重力
C.漂浮时水对浮筒的浮力和浮筒受到的重力是一对相互作用力,水对杯底压强不变
D.沉入水底时,金属团各面所受水的压强相同,沉入前后杯对桌面压强不变
【错解】选B,揉成团后下沉是因为金属箔密度减小,受到的浮力小于重力。
【析错】物体的重力,密度是不会改变的,当重力与浮力的大小关系改变时,它的浮沉状态才会改变。物体排开水的体积大小决定了它所受浮力的大小。
【正解】选A,理由:A、漂浮时受到的浮力比沉底时大,排开液体体积大,液面上升大,由液体压强公式p=ρ液gh可知,漂浮时比沉入水底时水对杯底的压强也大,故A正确;B、金属箔漂浮和沉底时自身密度是不变的,故B错误;C、漂浮时水对浮筒的浮力和浮筒受到的重力是一对平衡力,水对杯底压强不变,故C错误;D、沉入水底时,金属团上面受到水的压强,小于下面受到水的压强,沉入前后杯对桌面压强不变,故D错误。故选A。
针对训练1:(2018春?利津县期中)关于物体受到的浮力,下列说法正确的是( )
A.浸在水中的物体,体积越大,受到的浮力越大
B.潜入水中的潜水艇,潜水越深,所受的浮力就越大
C.用密度计测量不同液体的密度时,它所受到的浮力是相同的
D.飞机飞离航母后,航母始终漂浮,航母所受浮力的大小不变
易错点二:不能正确理解沉浮条件,误认为海水密度较大,轮船从河里航行到海里所受浮力变大。
典例2:(2018?广西一模)一艘轮船停靠在码头,以船为参照物,岸边是______(选填“运动”或“静止”)的;装上货物后,轮船排开的水所受的重力______。当船由内河驶入大海后,船受到的浮力______(后两空均选填“变大”、“变小”或“不变”)
【错解】答案为:静止;变大;变大。理由:为海水密度较大,浮力大小与液体的密度有关,轮船从河里航行到海里所受浮力变大。
【析错】(1)看被研究的物体与参照物之间的相对位置是否发生了改变,如果发生改变,则物体是运动的;如果未发生变化,则物体是静止的。(1)远洋轮船始终漂浮,浮力等于重力,根据轮船重力的变化可知轮船所受浮力变化。(2)轮船都漂浮,受到的浮力都等于轮船受到的重力,得出了受到浮力的大小关系,知道河水和海水的密度关系,根据阿基米德原理F浮=ρgV排可知排开水的体积的变化。
【正解】答案为:静止;变大;不变。理由:(1)一艘轮船停靠在码头,船与岸之间没有位置的变化,故以船为参照物,岸是静止的;(2)船装上货物后,重力增大;因船始终漂浮,浮力等于重力,所以轮船所受浮力变大;(3)当船由内河驶入大海后,轮船始终漂浮,则F浮=G船,船的重力不变,所以,船由内河驶入大海后,受到的浮力不变。
针对训练2:(2019?徐汇区一模)轮船从大海驶入黄浦江,所受的浮力将( )
A.增大 B.减小 C.不变 D.无法确定
易错点三:不理解潜水艇的浮沉原理,误认为潜水艇上浮时受到的浮力变大。
典例3:(2018春?凤庆县校级月考)下列关于潜水艇上浮和下潜的说法中,正确的是( )
A.潜水艇在浮出水面的过程中,所受浮力不变
B.潜水艇是通过改变浮力达到上浮和下潜的
C.潜水艇上浮时,所受浮力变大
D.潜水艇是通过改变自身重力达到上浮和下潜的
【错解】选C,理由:潜水艇上浮是因为浮力大于重力,上浮时受到的浮力变大。
【析错】(1)物体在液体中所受浮力的大小与液体的密度及排开液体的体积有关,根据阿基米德原理分析浮力的大小变化。(2)掌握物体的浮沉条件,物体的浮沉是由物体的重力和所受浮力的大小决定的。潜水艇是靠改变自重来实现上浮和下潜的。
【正解】选D,理由:A、潜水艇浮出水面的过程中,排开水的体积不断减小,由F浮=ρ水gV排知,所受浮力变小,故A错误。BD、在水中,潜水艇受到水的浮力和重力的作用,F浮=ρ水V排g,潜水艇的体积不变,排开水的体积不变,潜水艇受到水的浮力不变;把压缩空气压入潜水艇的压力舱,将海水排出,潜水艇自重G减小,当F浮>G时,潜水艇上浮;打开压力舱的阀门,让海水进入压力舱内,潜水艇自重G增大,当F浮<G时,潜水艇下沉;当F浮=G时,潜水艇悬浮,可以停留在任何深度;由此可见,潜水艇能够上浮和下沉是通过改变自身的重力来实现的。故B错误、D正确;C、潜水艇下潜过程中,根据F浮=ρ水gV排,V排不变,所以浮力不变,故C错误;故选D。
针对训练3:(2018春?青山区期末)建设一支强大的海军是实现中国梦的有力保障,潜水艇是海军的战略重器。如图所示是我国海军某舰队的“强国号”潜水艇在海中上浮、下潜训练过程,下列对此潜艇分析正确( )
A.潜艇下潜过程中浮力不断减小
B.潜艇上浮未露岀海面的过程中浮力不断增大
C.潜艇是靠改变自身所受的重力和浮力实现上浮和下潜的
D.潜艇漂浮时排开海水的重力小于悬浮时排开海水的重力
探究影响浮力大小的因素
1.教材实验原理图
2.实验结论
物体在液体中所受浮力的大小,跟它浸在液体中的体积有关、跟液体的密度有关。物体浸在液体中的体积越大、液体的密度越大,浮力就越大。
3.实验拓展
(1)拓展:观察弹簧测力计的量程和分度值读出弹簧测力计的示数;
(2)拓展:分析比较图A、B、C,液体的密度相同,物体浸入液体中的体积不同,弹簧测力计的示数不同,用了控制变量法;
(3)拓展:探究浮力大小与物体浸没在液体中深度的关系,要控制液体的密度和排开液体的体积相同,改变浸没的深度,用了控制变量法;
(4)拓展:未浸没时,物体浸入水中越深,受到的浮力越大;浸没后,物体受到的浮力与浸没深度无关。
典例4:(2018?靖远县校级二模)小明用弹簧测力计、圆柱体、3个相同的烧杯分别装有一定量的水和盐水,对浸在液体中的物体所受的浮力进行了探究,其装置和弹簧测力计示数如图所示。(1)分析图甲、乙、丙,说明浮力的大小与________关。(2)丁图中物体受到的浮力大小为________。(3)根据图示实验数据得出圆柱体的密度为________kg/m3。
【解析】(1)由图甲、乙、丙所示实验可知,物体排开液体的密度相同而排开液体的体积不同,物体受到的浮力不同,由此可知,浮力大小与物体排开液体的体积有关。(2)由图甲、丁所示实验可知,圆柱体浸没在盐水中时受到的浮力:F浮盐水=G-F=12N-6N=6N;(3)由图甲、丙所示实验可知,圆柱体浸没在水中所受浮力:F水=G-F′=12N-7N=5N,由F浮=ρ水gV排可知圆柱体的体积:;由G=mg=ρVg得圆柱体密度:。【答案】(1)物体排开液体的体积;(2)6N;(3)2.4×103。
阿基米德原理实验
1.教材实验原理图
2.实验结论
浸在液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。
3.实验拓展
(1)拓展:研究浸没在液体中的物体受到的浮力与它排开的液体所受重力之间的关系时:利用称重法测量金属块受到的浮力;利用弹簧测力计称出空桶的重力、溢出的水和小桶的总重力,求出排开水的重,通过比较得出结论;
典例5:(2019?闵行区一模)如图是验证“_______原理”的实验,该实验需要比较浸在液体中的物体所受的浮力与排开液体重力之间的大小关系。实验中可利用器材_______测量物体所受的浮力、利用量筒测量排开液体的_______,根据图16(a)、(c)可知,此时物体浸在液体中所受的浮力为_______牛。
【解析】本实验利用称重法测得物体受到的浮力(F浮=G-F示),利用排水法测量排开水的体积,利用G排=m排g=ρ液V排g计算排开水的重力,需要的测量工具分别是弹簧测力计和量筒;进而得出物体受到的浮力与排开液体的重力是否相等,可见本实验是验证阿基米德原理的实验;由图(a)、(c)可知,此时物体浸在液体中所受的浮力F浮=G-F示=2.0N-1.5N=0.5N。【答案】阿基米德;弹簧测力计;体积;0.5。
强化训练:
1.(2019?上海一模)如图,甲、乙两个实心正方体放在水平地面上,若沿水平方向切去相同的厚度,甲、乙切去部分质量相同。则甲乙剩余部分对地面的压力F甲′、F乙′和甲、乙密度满足的关系是( )
A.F甲′>F乙′; ρ甲>ρ乙 B.F甲′<F乙′;ρ甲>ρ乙
C.F甲′>F乙′; ρ甲<ρ乙 D.F甲′<F乙′; ρ甲<ρ乙
2.(2018?成都模拟)关于物体所受的浮力,下列说法中正确的是( )
A.空气中的物体不受浮力作用 B.沉在水底的铁球不受浮力作用
C.浮力是物体对液体施加的力 D.浮力是液体对物体压力的合力
3.(2018?通州区三模)下列说法正确的是( )
A.探究物体受的浮力跟物体受的重力的关系,物体密度是需要控制的变量
B.探究滑动摩擦力跟接触面积的关系,物体对接触面的压力是需要控制的变量
C.探究液体中P点的压强跟这一点到容器底距离的关系,液体深度是需要控制的变量
D.物体只在力F1和F2作用下平衡,探究F1与F2大小关系,物体的体积是需要控制的变量
4.(2018?武汉模拟)如图甲是“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的几个实验情景,实验②和③中,弹簧测力计的示数分别为3.2N和3.0N,实验④中测力计的示数如图乙所示,若盐水的密度为1.1×103kg/m3,下列计算错误的是( )
A.物体A的体积是2×10﹣4m3 B.物体A的密度为2.6×103kg/m3
C.物体A在盐水中受到的浮力是2N D.实验④中物体A对烧杯底部的压力是0.8N
5.(2018?历下区二模)在初步认识了浮力后,小刚把鸡蛋轻轻放入清水中,鸡蛋下沉至杯底,然后他试着往杯中加盐,发现鸡蛋会逐渐上浮。针对这一现象,小组的同学们提出了下列科学问题,其中最有探究价值且易于探究的问题是( )
A.鸡蛋所受浮力是如何变化的?
B.上浮的物体所受浮力与重力的关系是怎样的?
C.物体所受浮力的大小与哪些因素有关?
D.物体所受浮力的大小与液体密度有什么关系?
6.(2019?奉贤区一模)将重为3牛的泡沫板轻轻放入盛满水的自制溢水杯中,杯中水重5牛,则溢出水的重力为( )
A.0牛 B.2牛 C.3牛 D.5牛
7.(2019?江西模拟)体积相同的铜块、铝球和木块,浸在液体中的情况如图所示,则比较它们受到的浮力( )
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
8.(2019?广东模拟)小杰同学在成都游玩“海底世界”时,观察到鱼嘴里吐出的气泡上升时的情况如图所示,对气泡上升过程中受到的浮力和气泡内气体压强分析正确的是( )
A.浮力不变,压强不变 B.浮力变小,压强变小
C.浮力变大,压强变小 D.浮力变大,压强变大
9.(2019?虹口区一模)将重为5牛的物体放入盛水的容器中,物体漂浮在水面上且溢出2牛的水,物体受到的浮力( )
A.一定等于 3 牛 B.一定等于 5 牛
C.可能等于 2 牛 D.可能等于 3 牛
10.(2019?岳阳模拟)如图甲所示,长方体金属块在细绳竖直向上拉力作用下从水中开始一直竖直向上做匀速直线运动,上升到离水面一定的高度处。图乙是绳子拉力F随时间t变化的图象取g=10N/kg。根据图象信息,下列判断正确的是( )
A.该金属块重力的大小为34N B.浸没在水中的金属块受到的浮力大小是20N
C.该金属块的密度是3.4x103kg/m3 D.在t1至t2时间段金属块在水中受到的浮力逐渐增大
11.(2018?零陵区一模)在弹簧測力计下悬挂一个实心小球,弹簧测力计的示数是8N.把实心小球浸没在密度为0.8×103kg/m3的油中,弹簧测力计的示数是6N,下列说法不正确的是( )
A.小球受到的浮力是2N B.小球的质量是0.8kg
C.小球的体积是2.5×10﹣4m3 D.小球的密度是3.2×103g/cm3
12.(2018?武汉模拟)自重100t的轮船(含船载设备及船员),已知其排水量为1000t。当它在长江上满载航行时,下列判断不正确的是(ρ江水=1.0×103kg/m3,ρ海水=1.03×103kg/m3,g=10N/kg)( )
A.轮船所装货物质量是9×105kg
B.轮船受到江水的浮力是107 N
C.轮船排开江水的体积是103m3
D.轮船从长江驶入大海,排水量将减小
13.(2018?永定区一模)图是关于浮力知识的应用实例,其中说法正确的是( )
A.图A中浸没在水中的潜水艇在下潜过程中所受浮力逐渐变大
B.图B中巨轮之所以能够浮在水面是因为用空心的办法增大了排开液体的体积
C.图C中液体的密度越大密度计漂浮时受到的浮力就越大
D.图D中气球是利用填充气体密度大于空气密度的原理上浮
14.(2018?泰兴市校级三模)如图,在一只塑料袋中装入大半袋酒精,用弹簧测力计测出其重力的大小,再将其浸入水中,当弹簧测力计示数为零时,下列说法正确的是( )
A.此时袋中液面与容器中水面相平
B.排开水的重力大于袋中酒精的重力
C.排开水的重力小于袋中酒精的重力
D.此时袋中液面比容器中水面高
15.(2019?徐汇区一模)轮船从大海驶入黄浦江,所受的浮力将( )
A.增大 B.减小 C.不变 D.无法确定
16.(2019?岳阳一模)将同一个鸡蛋先后放入甲、乙两盛有不同浓度盐水的相同杯子中。当鸡蛋静止时,两个杯子中液面恰好相平,鸡蛋所处的位置如图所示。则( )
A.鸡蛋在甲杯里排开液体的质量较大
B.鸡蛋在乙杯中受到液体的浮力较大
C.放入鸡蛋前,甲杯中液体的体积较大
D.放入鸡蛋前,甲杯中液体对杯底的压强小
17.(2018?清流县模拟)重为10N的实心物体放入水中后,静止时如图所示,则物体受到的浮力为( )
A.大于10N B.小于10N
C.等于10N D.无法判断
18.(2018?坪山区二模)某同学按照如图所示的操作,探究影响浮力大小的因素。
物体全部浸没在水中时,受到的浮力是________N。
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。
19.(2019?浦东新区一模)重为4牛的实心金属球挂在弹簧测力计下并将其浸没在水中,此时测力计的示数为1牛,则金属受到的浮力大小为________牛,方向________,阿基米德原理________(选填“适用”或“不适用”)空气中的物体受到浮力的问题。
20.(2018?龙华区校级二模)小谦在蜈支洲岛潜水,他穿着紧身潜水防护服,在教练的引导下在海里下潜的过程中,海水对他的浮力大小________,海水对他的压强大小________。(选填“变小”、“变大”或者“不变”。)
21.(2019?上海一模)2018年12月8日,载人潜水器支持母船﹣﹣“深海一号”顺利下水,这是我国自主设计建造的第一艘大吨位深海载人潜水器专业母船。如图,船长90.2米、型宽16.8米,设计吃水5.8米、型深8.3米,设计续航力超过12000海里,满载时排水量10000吨,可在全球无限航区执行下潜作业。则该船满载时受到的浮力为________牛,浮力的方向是________,卸去船上的货物后船受到的浮力将________(选填“不变”、“变大”、“变小”)。
22.(2019?闵行区一模)港珠澳大桥是世界最长的跨海大桥,隧道由33节沉管组成。某节管的排水量约为8万吨,将它缓缓放入海水中,待其浸没后受到的浮力大小约为________牛,方向为________,排开海水的体积约为________m3.(海水的密度取1×103千克/米3)
23.(2018?突泉县二模)如图所示,当歼﹣15舰载机起飞离开“辽宁舰”后,“辽宁舰”所受到的浮力将________,以舰载机为参照物“辽宁舰”是________的。
24.(2019?奉贤区一模)质量为0.5千克的木块漂浮在水面上,它所受到的浮力为________牛,排开水的重力为________牛。若该木块同样漂浮在海面上,则它排开海水的质量________0.5千克。(选填“大于”、“等于”或“小于”)
25.(2018?宜春模拟)体积是60cm3,质量是54g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.(ρ酒精=0.8×103kg/m3)
26.(2018?江都区校级三模)学习浮力知识后,小刚用一根粗细均匀的吸管自制了一支密度计,他在吸管的下端装入适量的钢珠后用蜡封住并使底部平整,制好后测出该密度计的总质量为3g,吸管底面积为4×10﹣5m2,吸管总长为0.12m。
(1)如图所示是小刚将该密度计放入水中静止时的情形,A是水面的位置,则密度计在水中受到的浮力是________N,排开水的质量是________kg;
(2)若将该密度计从水中取出擦干,放到密度为1.1×103kg/m3的盐水中,静止时密度计受到的浮力将会________(变大/变小/不变),盐水液面位置在A的________(上方/下方);
(3)为了提高自制密度计的精确程度,可以采取的办法是________(写一种即可)。
27.(2018?余杭区一模)2017年4月2日上午,中国第二艘航空母舰001A在大连船厂举行下水仪式,据外界猜测,001A的排水量可达6万吨,“标准排水量”是指人员武装齐备,但不包含燃油、滑油、备用锅炉水在内的排水量(第1、2小问计算中g取10N/kg,ρ海水=1×103kg/m3)
(1)若该航空母舰标准排水量6万吨,则此状态下航空母舰所受到海水的浮力是多少?
(2)若装载燃油、滑油、备用锅炉水共1.8万吨到达满载,则满载后排开水的体积为多少m3。
(3)已知印度洋的海水密度小于太平洋的海水密度,当这艘航空母舰满载时从太平洋到印度洋时请结合相关公式推断表达舰身会上浮一些还是下沉一些?
28.(2018?江干区模拟)自成品油价格放开以来,国内油价与国际油价接轨。但国际油价报道时为国际原油价格涨至多少美元一桶,而我国进口原油价格每吨提高多少元。小敏想知道原油的单位“桶”和质量常用单位“吨”之间有什么关系。并将密度为0.6×103kg/m3.体积为200cm3的立方体木块放入原油中,木块漂浮在油面上,经测量木块有的体积露出油面(g=10N/kg)。
求:(1)木块受到的浮力。
(2)原油的密度。
(3)若每桶原油的体积为m3,1吨原油等于多少桶?
1.(2018?五原县校级三模)小安为了探究物体在水中不同深度所受浮力变化情况,如图1所示,将一挂在弹簧测力计下的实心圆柱体金属块缓慢浸入水中(水足够深),在圆柱体接触容器底之前,分别记下圆柱体下表面所处的不同深度h和弹簧测力计相应的示数F,实验数据如表:
次数
1
2
3
4
5
6
7
8
h/cm
0
2
4
6
8
10
12
14
F/N
6.75
6.25
5.75
5.25
4.75
4.25
4.25
4.25
(1)分析表中实验数据,物体的重力是________N,完全浸没时受到的浮力________N;
(2)分析表中第1列到第5列数据,说明________________;
(3)根据所学知识,根据第6列到第8列数据,可以知道物体所受浮力大小________;压强将________;(两空均选填“增大”、“减小”或“不变”),说明物体的浮力与浸没深度________。
(4)图2中能正确反映弹簧测力计示数F和圆柱体下表面到水面距离h关系的图象是________
2.(2018?深圳模拟)小安在“探究影响浮力大小因素”的实验时,用到了弹簧测力计、圆柱体G、两个相同的圆柱形容器,一定量的水和盐水,其实验装置和弹簧测力计示数如图所示。
(1)圆柱体G浸没在水中时所受浮力为________N;
(2)分析比较图A、B、C,说明浮力的大小与________有关;
(3)为了探究浮力大小与物体浸没在液体中的深度有无关系,可选用________图来进行比较;
(4)物体浸没在水中时物体的体积是________m3;用图示实验数据测出盐水的密度是________kg/m3(保留两位有效数字,g取10N/kg);
(5)如图B所示,将物体缓慢浸入水中,在物体接触容器底之前,能正确反映弹簧测力计示数F和物体下表面到水面距离h关系的图象是________。
3.(2018?靖远县校级二模)小明用弹簧测力计、圆柱体、3个相同的烧杯分别装有一定量的水和盐水,对浸在液体中的物体所受的浮力进行了探究,其装置和弹簧测力计示数如图所示。
(1)分析图甲、乙、丙,说明浮力的大小与________有关。
(2)丁图中物体受到的浮力大小为________。
(3)根据图示实验数据得出圆柱体的密度为________kg/m3。
4.(2018?文圣区校级二模)小明同学用一个弹簧测力计、一个金属块、两个相同的烧杯(分别装有一定量的水和煤油),对浸在液体中的物体所受的浮力进行了探究。探究过程如图所示,部分数据记录见下表。
实验序号
A
B
C
D
E
排开液体的质量/g
0
100
300
240
排开液体的重力/N
0
1
2
3
(1)请将表格中的数据填全。
(2)分析图中的A、B(或A、C……),说明浸在液体中的物体受到________(填方向)的浮力;金属块浸没在水中所受的浮力是________N。
(3)分析图中的________三图,说明浸在同种液体中的物体,受到的浮力大小跟物体排开的液体的体积有关。分析图中的D、E两图,可以得到结论:________________。
(4)金属块的体积为________cm3,密度为________kg/m3.煤油的密度为________g/cm3
5.(2018?临河区校级二模)小明利用如图所示实验探究“浮力大小和哪些因素有关”。他把金属块挂在弹簧测力计上,将它分别浸入水和酒精中的不同位置:
(1)上述四种情况,________图中金属块所受到的浮力最小;
(2)丙、丁两次实验,是为了探究浮力大小与________有关;________两次实验说明浮力大小与深度无关。
(3)通过甲和丁的探究,不能得到浮力大小与液体密度的关系,其原因是________不同。
(4)如图中能正确反映弹簧测力计示数F和金属块下表面在水中的深度h关系的图象是________。(金属块未接触容器底)
6.(2018?沂水县二模)同学们在学习“阿基米德原理”这节课上,仔细观察了老师做的如图甲所示的演示实验。课后复习时,物理兴趣小组的同学们,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)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________,弹簧测力计B的示数________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)比较弹簧测力计A的示数变化量FA′和弹簧测力计B的示数变化是FB′,它们的大小关系是FA′________FB′(选填“>”“<”或“=”),说明物体所受的浮力等于________。
(3)对比图甲和图乙两组实验,新的实验与原实验比较有哪些优点或缺点?请写出任意一条________________。
7.(2018?十堰模拟)如图所示,为了“探究浮力的大小跟哪些因素有关”,某同学将一个挂在弹簧测力计下的金属圆柱体缓慢浸入水中,分别记下圆柱体下表面所处的深度h,弹簧测力计相应的示数F,并测出G,将数据记录在下表中。
实验次数
1
2
3
4
5
6
深度h/cm
0
4
8
10
12
16
测力计示数F/N
6.75
5.75
4.75
4.25
4.25
2.00
小桶和溢出的水的重力G/N
0.6
1.6
2.6
3.1
3.1
3.1
(1)分析表中第2次和第3次数据,说明物体受到浮力的大小跟物体________体积有关。分析第4次和第5次数据,说明浸没在液体中的物体受到的浮力大小与深度________(选填“有关”或“无关”)。
(2)第2次实验中,圆柱体下底面受到的压力是________N,第6次实验中,金属块所受浮力大小为________N,容器底对金属块的支持力大小为________N。
(3)根据表中数据,计算此金属圆柱体的密度是________kg/m3。
8.(2018?东西湖区校级模拟)如图探究“浮力大小与什么因素有关”的实验中,由于实验前没有测小烧杯的重力就直接将物体浸入水中,当物体浸入一半的体积时,测出烧杯和排开液体的重力如图③,再将物体浸没入水中,再次测得烧杯和水总重如图⑤.则
(1)图①②④说明浮力大小与________有关。
(2)圆柱体密度为________kg/m3,小烧杯重________N。
(3)分析实验数据,可能会使圆柱体的密度偏大的原因是________。(填序号)
A.物体浸没后触底了
B.物体浸没后深度改变了
C.物体还没有完全浸没就读数
9.(2018?靖江市校级三模)在“验证阿基米德原理”的实验中,选择溢水杯、水、弹簧测力计、石块、小桶、细线等器材进行如图所示的实验,具体操作步骤如下:
A.测出物块所受重力G
B.测出空桶所受重力G1
C.将水倒入溢水杯中
D.把挂在测力计下的物块浸没在水中,用小桶接着溢出的水,读出测力计示数F
E.测出小桶和被排开水的总重G2
F.记录分析数据,归纳总结实验结论,整理器材
(1)上述实验步骤中小明有一处操作错误,错误序号为________,应改正为________。
(2)请帮小明将下列分析填完整(用所测物理量符号表示)。
①石块所受的浮力F浮=________;
石块排开水的重力G排=________;
③若关系式________成立,即可验证阿基米德原理。
(3)小明在某次测量时发现F浮大于G排,原因可能是________。
(4)小明想用木块代替石块做此实验,他应调整的一个实验步骤序号是________,具体操作应为________。
10.(2018?新疆三模)如图,小明在做“验证阿基米德原理的实验”,由步骤丙、丁中弹簧测力计的示数可知物体在液体中受到的浮力是________N,则甲、乙步骤中弹簧测力计前后示数变化应是________N;他继续用甲、乙所示的实验装置,验证下沉的物体是否受到浮力的作用。为了使弹簧测力计前后示数变化更明显,他可采取的措施有________(填一种方法即可)。
易错专练11:浮力
易错点一:不能正确理解阿基米德原理,误认为物体密度、物体体积会影响物体受到的浮力。
典例1:(2018?绵阳模拟)某金属箔是由密度大于水的材料制成,取适量这种金属箔制成中空的筒,放入桌面上盛有适量水的烧杯中,发现它漂浮在水面上,然后再将此制成的金属筒揉成紧密的小团放入同一杯水中,发现它沉入水底,比较前后两种情况,下列说法正确的是( )
A.漂浮时受到的浮力比沉底时大,漂浮时比沉入水底时水对杯底的压强也大
B.揉成团后下沉是因为金属箔密度减小,受到的浮力小于重力
C.漂浮时水对浮筒的浮力和浮筒受到的重力是一对相互作用力,水对杯底压强不变
D.沉入水底时,金属团各面所受水的压强相同,沉入前后杯对桌面压强不变
【错解】选B,揉成团后下沉是因为金属箔密度减小,受到的浮力小于重力。
【析错】物体的重力,密度是不会改变的,当重力与浮力的大小关系改变时,它的浮沉状态才会改变。物体排开水的体积大小决定了它所受浮力的大小。
【正解】选A,理由:A、漂浮时受到的浮力比沉底时大,排开液体体积大,液面上升大,由液体压强公式p=ρ液gh可知,漂浮时比沉入水底时水对杯底的压强也大,故A正确;B、金属箔漂浮和沉底时自身密度是不变的,故B错误;C、漂浮时水对浮筒的浮力和浮筒受到的重力是一对平衡力,水对杯底压强不变,故C错误;D、沉入水底时,金属团上面受到水的压强,小于下面受到水的压强,沉入前后杯对桌面压强不变,故D错误。故选A。
针对训练1:(2018春?利津县期中)关于物体受到的浮力,下列说法正确的是( )
A.浸在水中的物体,体积越大,受到的浮力越大
B.潜入水中的潜水艇,潜水越深,所受的浮力就越大
C.用密度计测量不同液体的密度时,它所受到的浮力是相同的
D.飞机飞离航母后,航母始终漂浮,航母所受浮力的大小不变
【解析】A、根据阿基米德原理:F浮=G排=ρ液gV排;可见浮力与ρ液和V排都有关;浸在水中的物体,体积大,但排开水的体积不一定大,受到的浮力不一定大,故A错;B、潜入水中的潜水艇,潜水越深,深度增大,但排开水的体积不变,所受的浮力不变,故B错;C、用密度计测量不同液体的密度时,都处于漂浮状态,所受到的浮力都等于密度计重力,是相同的,故C正确;D、飞机飞离航母后,航母自重减小,但航母始终漂浮,航母所受浮力等于自重,所以受到的浮力大小减小,故D错。故选C。
【答案】C
易错点二:不能正确理解沉浮条件,误认为海水密度较大,轮船从河里航行到海里所受浮力变大。
典例2:(2018?广西一模)一艘轮船停靠在码头,以船为参照物,岸边是______(选填“运动”或“静止”)的;装上货物后,轮船排开的水所受的重力______。当船由内河驶入大海后,船受到的浮力______(后两空均选填“变大”、“变小”或“不变”)
【错解】答案为:静止;变大;变大。理由:为海水密度较大,浮力大小与液体的密度有关,轮船从河里航行到海里所受浮力变大。
【析错】(1)看被研究的物体与参照物之间的相对位置是否发生了改变,如果发生改变,则物体是运动的;如果未发生变化,则物体是静止的。(1)远洋轮船始终漂浮,浮力等于重力,根据轮船重力的变化可知轮船所受浮力变化。(2)轮船都漂浮,受到的浮力都等于轮船受到的重力,得出了受到浮力的大小关系,知道河水和海水的密度关系,根据阿基米德原理F浮=ρgV排可知排开水的体积的变化。
【正解】答案为:静止;变大;不变。理由:(1)一艘轮船停靠在码头,船与岸之间没有位置的变化,故以船为参照物,岸是静止的;(2)船装上货物后,重力增大;因船始终漂浮,浮力等于重力,所以轮船所受浮力变大;(3)当船由内河驶入大海后,轮船始终漂浮,则F浮=G船,船的重力不变,所以,船由内河驶入大海后,受到的浮力不变。
针对训练2:(2019?徐汇区一模)轮船从大海驶入黄浦江,所受的浮力将( )
A.增大 B.减小 C.不变 D.无法确定
【解析】轮船从大海驶入黄浦江,因轮船始终处于漂浮状态,漂浮时浮力等于其重力,轮船的重力不变,则所受的浮力是不变的;故选C。
【答案】C
易错点三:不理解潜水艇的浮沉原理,误认为潜水艇上浮时受到的浮力变大。
典例3:(2018春?凤庆县校级月考)下列关于潜水艇上浮和下潜的说法中,正确的是( )
A.潜水艇在浮出水面的过程中,所受浮力不变
B.潜水艇是通过改变浮力达到上浮和下潜的
C.潜水艇上浮时,所受浮力变大
D.潜水艇是通过改变自身重力达到上浮和下潜的
【错解】选C,理由:潜水艇上浮是因为浮力大于重力,上浮时受到的浮力变大。
【析错】(1)物体在液体中所受浮力的大小与液体的密度及排开液体的体积有关,根据阿基米德原理分析浮力的大小变化。(2)掌握物体的浮沉条件,物体的浮沉是由物体的重力和所受浮力的大小决定的。潜水艇是靠改变自重来实现上浮和下潜的。
【正解】选D,理由:A、潜水艇浮出水面的过程中,排开水的体积不断减小,由F浮=ρ水gV排知,所受浮力变小,故A错误。BD、在水中,潜水艇受到水的浮力和重力的作用,F浮=ρ水V排g,潜水艇的体积不变,排开水的体积不变,潜水艇受到水的浮力不变;把压缩空气压入潜水艇的压力舱,将海水排出,潜水艇自重G减小,当F浮>G时,潜水艇上浮;打开压力舱的阀门,让海水进入压力舱内,潜水艇自重G增大,当F浮<G时,潜水艇下沉;当F浮=G时,潜水艇悬浮,可以停留在任何深度;由此可见,潜水艇能够上浮和下沉是通过改变自身的重力来实现的。故B错误、D正确;C、潜水艇下潜过程中,根据F浮=ρ水gV排,V排不变,所以浮力不变,故C错误;故选D。
针对训练3:(2018春?青山区期末)建设一支强大的海军是实现中国梦的有力保障,潜水艇是海军的战略重器。如图所示是我国海军某舰队的“强国号”潜水艇在海中上浮、下潜训练过程,下列对此潜艇分析正确( )
A.潜艇下潜过程中浮力不断减小
B.潜艇上浮未露岀海面的过程中浮力不断增大
C.潜艇是靠改变自身所受的重力和浮力实现上浮和下潜的
D.潜艇漂浮时排开海水的重力小于悬浮时排开海水的重力
【解析】A、潜艇下潜过程中,V排不变,根据F浮=ρ液gV排可知,潜艇所受浮力不变;故A错误;B、潜艇上浮过程中,露出水面前,V排不变,根据F浮=ρ液gV排可知,潜艇所受浮力不变;故B错误。C、潜艇是靠改变自身所受的重力实现上浮和下潜的,故C错误;D、由图可知,悬浮时排开海水的体积大于漂浮时排开海水的体积,由F浮=ρ液gV排可知,潜艇悬浮时所受浮力大,即F悬浮>F漂浮?,根据阿基米德原理可知,浮力等于排开液体所受的重力;所以知G悬浮>G漂浮?,即潜艇漂浮时排开海水的重力小于悬浮时排开海水的重力,故D正确。故选D。
【答案】D
探究影响浮力大小的因素
1.教材实验原理图
2.实验结论
物体在液体中所受浮力的大小,跟它浸在液体中的体积有关、跟液体的密度有关。物体浸在液体中的体积越大、液体的密度越大,浮力就越大。
3.实验拓展
(1)拓展:观察弹簧测力计的量程和分度值读出弹簧测力计的示数;
(2)拓展:分析比较图A、B、C,液体的密度相同,物体浸入液体中的体积不同,弹簧测力计的示数不同,用了控制变量法;
(3)拓展:探究浮力大小与物体浸没在液体中深度的关系,要控制液体的密度和排开液体的体积相同,改变浸没的深度,用了控制变量法;
(4)拓展:未浸没时,物体浸入水中越深,受到的浮力越大;浸没后,物体受到的浮力与浸没深度无关。
典例4:(2018?靖远县校级二模)小明用弹簧测力计、圆柱体、3个相同的烧杯分别装有一定量的水和盐水,对浸在液体中的物体所受的浮力进行了探究,其装置和弹簧测力计示数如图所示。(1)分析图甲、乙、丙,说明浮力的大小与________关。(2)丁图中物体受到的浮力大小为________。(3)根据图示实验数据得出圆柱体的密度为________kg/m3。
【解析】(1)由图甲、乙、丙所示实验可知,物体排开液体的密度相同而排开液体的体积不同,物体受到的浮力不同,由此可知,浮力大小与物体排开液体的体积有关。(2)由图甲、丁所示实验可知,圆柱体浸没在盐水中时受到的浮力:F浮盐水=G-F=12N-6N=6N;(3)由图甲、丙所示实验可知,圆柱体浸没在水中所受浮力:F水=G-F′=12N-7N=5N,由F浮=ρ水gV排可知圆柱体的体积:;由G=mg=ρVg得圆柱体密度:。【答案】(1)物体排开液体的体积;(2)6N;(3)2.4×103。
阿基米德原理实验
1.教材实验原理图
2.实验结论
浸在液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。
3.实验拓展
(1)拓展:研究浸没在液体中的物体受到的浮力与它排开的液体所受重力之间的关系时:利用称重法测量金属块受到的浮力;利用弹簧测力计称出空桶的重力、溢出的水和小桶的总重力,求出排开水的重,通过比较得出结论;
典例5:(2019?闵行区一模)如图是验证“_______原理”的实验,该实验需要比较浸在液体中的物体所受的浮力与排开液体重力之间的大小关系。实验中可利用器材_______测量物体所受的浮力、利用量筒测量排开液体的_______,根据图16(a)、(c)可知,此时物体浸在液体中所受的浮力为_______牛。
【解析】本实验利用称重法测得物体受到的浮力(F浮=G-F示),利用排水法测量排开水的体积,利用G排=m排g=ρ液V排g计算排开水的重力,需要的测量工具分别是弹簧测力计和量筒;进而得出物体受到的浮力与排开液体的重力是否相等,可见本实验是验证阿基米德原理的实验;由图(a)、(c)可知,此时物体浸在液体中所受的浮力F浮=G-F示=2.0N-1.5N=0.5N。【答案】阿基米德;弹簧测力计;体积;0.5。
强化训练:
1.(2019?上海一模)如图,甲、乙两个实心正方体放在水平地面上,若沿水平方向切去相同的厚度,甲、乙切去部分质量相同。则甲乙剩余部分对地面的压力F甲′、F乙′和甲、乙密度满足的关系是( )
A.F甲′>F乙′; ρ甲>ρ乙 B.F甲′<F乙′;ρ甲>ρ乙
C.F甲′>F乙′; ρ甲<ρ乙 D.F甲′<F乙′; ρ甲<ρ乙
【解析】由题意可知,沿水平方向切去相同的厚度h后,甲、乙切去部分的质量相同,即△m甲=△m乙,由m=ρV=ρSh=ρL2h可得:ρ甲L甲2h=ρ乙L乙2h,即ρ甲L甲2=ρ乙L乙2,由图可知,两正方体的边长关系为L甲<L乙,则ρ甲>ρ乙,故CD错误;因水平面上物体的压力和自身的重力相等,所以,剩余部分对地面的压力分别为:
F甲′=(m甲﹣△m甲)g=ρ甲L甲2(L甲﹣h)=ρ乙L乙2(L甲﹣h),
F乙′=(m乙﹣△m乙)g=ρ乙L乙2(L乙﹣h)=ρ乙L乙2(L乙﹣h),
因F甲′﹣F乙′=ρ乙L乙2(L甲﹣h)﹣ρ乙L乙2(L乙﹣h)=ρ乙L乙2(L甲﹣L乙)<0,
所以,F甲′<F乙′,故A错误、B正确。故选B。
【答案】B
2.(2018?成都模拟)关于物体所受的浮力,下列说法中正确的是( )
A.空气中的物体不受浮力作用 B.沉在水底的铁球不受浮力作用
C.浮力是物体对液体施加的力 D.浮力是液体对物体压力的合力
【解析】A、空气中的物体与液体中的物体一样,都可能受浮力作用,故A错误;B、沉在水底的铁球排开了一定体积的水,所以铁球也受到浮力的作用,故B错误;C、浮力是物体受到液体或气体对它施加的力,故C错误;D、浮力产生的实质是物体在液体或气体中上下表面受到的压力差,即浮力是液体或气体对物体压力的合力,故D正确。故选D。
【答案】D
3.(2018?通州区三模)下列说法正确的是( )
A.探究物体受的浮力跟物体受的重力的关系,物体密度是需要控制的变量
B.探究滑动摩擦力跟接触面积的关系,物体对接触面的压力是需要控制的变量
C.探究液体中P点的压强跟这一点到容器底距离的关系,液体深度是需要控制的变量
D.物体只在力F1和F2作用下平衡,探究F1与F2大小关系,物体的体积是需要控制的变量
【解析】A、根据阿基米德原理,物体所受浮力大小与排开液体的体积和密度有关,探究物体受的浮力跟物体受的重力的关系,要控制排开液体的体积和密度都相同,故A错误;B、探究物体所受滑动摩擦力和接触面积的关系时,要控制压力大小、接触面的粗糙程度都相同,故B错误;C、液体压强大小与液体密度、深度有关,探究液体压强与这一点到容器底距离的关系,需要控制液体深度一定,故C正确;D、物体只在力F1和F2作用下平衡,探究F1与F2大小关系,只需用弹簧测力计测量出其大小即可,无需控制物体的体积,故D错误;故选C。
【答案】C
4.(2018?武汉模拟)如图甲是“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的几个实验情景,实验②和③中,弹簧测力计的示数分别为3.2N和3.0N,实验④中测力计的示数如图乙所示,若盐水的密度为1.1×103kg/m3,下列计算错误的是( )
A.物体A的体积是2×10﹣4m3 B.物体A的密度为2.6×103kg/m3
C.物体A在盐水中受到的浮力是2N D.实验④中物体A对烧杯底部的压力是0.8N
【解析】A、实验②和③中,弹簧测力计的示数分别为F1=3.2N,F2=3.0N,由F浮=G﹣F拉可得,
F浮1=G﹣F1,F浮2=G﹣F2,F浮1=ρ水g V排,F浮2=ρ盐水g V排,因为②和③中,物体A都是全部浸没,所以V排相同,则:ρ水gV排=G﹣F1,ρ盐水gV排=G﹣F2,将ρ水=1.0×103kg/m3,ρ盐水=1.1×103kg/m3,F1=3.2N,F2=3.0N,代入上式可得G=5.2N,V排=V=2×10﹣4m3,故A正确;B、物体A的质量m===0.52kg,物体A的密度ρ===2.6×103kg/m3,故B正确;C、已知实验④中弹簧测力计的分度值为0.1N,由指针位置可知,此时弹簧测力计对A的拉力为2.2N,此时A在盐水中全部浸没,受到的浮力F浮′=ρ盐水gV排=1.1×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣4m3=2.2N,故C错误;D、根据实验④中物体A对烧杯底部的压力等于支持力,F支=G﹣F浮﹣F拉=5.2N﹣2.2N﹣2.2N=0.8N,故压力为0.8N,故D正确。故选C。
【答案】C
5.(2018?历下区二模)在初步认识了浮力后,小刚把鸡蛋轻轻放入清水中,鸡蛋下沉至杯底,然后他试着往杯中加盐,发现鸡蛋会逐渐上浮。针对这一现象,小组的同学们提出了下列科学问题,其中最有探究价值且易于探究的问题是( )
A.鸡蛋所受浮力是如何变化的?
B.上浮的物体所受浮力与重力的关系是怎样的?
C.物体所受浮力的大小与哪些因素有关?
D.物体所受浮力的大小与液体密度有什么关系?
【解析】在清水中,鸡蛋受到的浮力小于重力,所以下沉;逐渐向杯中加盐,盐水的密度变大,而鸡蛋排开水的体积不变,由阿基米德原理可知鸡蛋受到的浮力变大,由于鸡蛋重不变,当鸡蛋受到的浮力大于鸡蛋重时,鸡蛋就上浮了;最有探究价值且易于探究的问题是物体所受浮力的大小与液体密度有什么关系?故选D。
【答案】D
6.(2019?奉贤区一模)将重为3牛的泡沫板轻轻放入盛满水的自制溢水杯中,杯中水重5牛,则溢出水的重力为( )
A.0牛 B.2牛 C.3牛 D.5牛
【解析】将泡沫板轻轻放入盛满水的自制溢水杯中,由于泡沫板的密度小于水的密度,所以泡沫板会漂浮在水面上,则由漂浮条件可知泡沫板受到的浮力等于泡沫板的重力,由阿基米德原理可知浮力也等于泡沫板排开水的重力(溢出水的重力),故溢出水的重力等于泡沫板的重力,大小为3N。故选C。
【答案】C
7.(2019?江西模拟)体积相同的铜块、铝球和木块,浸在液体中的情况如图所示,则比较它们受到的浮力( )
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
【解析】由图可知,铜球、铝球和木块均浸没在液体中,因物体浸没时排开液体的体积相等,所以,体积相同的铜球、铝球和木块排开液体的体积相等,由F浮=G排=ρ液gV排可知,它们受到的浮力一样大。故选D。
【答案】D
8.(2019?广东模拟)小杰同学在成都游玩“海底世界”时,观察到鱼嘴里吐出的气泡上升时的情况如图所示,对气泡上升过程中受到的浮力和气泡内气体压强分析正确的是( )
A.浮力不变,压强不变 B.浮力变小,压强变小
C.浮力变大,压强变小 D.浮力变大,压强变大
【解析】因为气泡上升时,深度h变小,所以,由p=ρgh可知气泡受到水的压强变小,故气泡的体积变大。又因为一定质量的气体,体积变大,压强变小,所以,气泡内的压强p变小;因为气泡的体积变大,排开水的体积变大,所以,由F浮=ρ水V排g可知气泡受到水的浮力变大。故选C。
【答案】C
9.(2019?虹口区一模)将重为5牛的物体放入盛水的容器中,物体漂浮在水面上且溢出2牛的水,物体受到的浮力( )
A.一定等于 3 牛 B.一定等于 5 牛
C.可能等于 2 牛 D.可能等于 3 牛
【解析】由题知,物体漂浮在水面上,物体受到的浮力:F浮=G=5N。故选B。
【答案】B
10.(2019?岳阳模拟)如图甲所示,长方体金属块在细绳竖直向上拉力作用下从水中开始一直竖直向上做匀速直线运动,上升到离水面一定的高度处。图乙是绳子拉力F随时间t变化的图象取g=10N/kg。根据图象信息,下列判断正确的是( )
A.该金属块重力的大小为34N B.浸没在水中的金属块受到的浮力大小是20N
C.该金属块的密度是3.4x103kg/m3 D.在t1至t2时间段金属块在水中受到的浮力逐渐增大
【解析】A、当金属块完全露出水面时,金属块不受浮力,此时拉力等于重力,即为图中的CD段,从图可知,该金属块重力为:G=F拉=54N,故A错误;B、当金属块浸没在水中时,即为图中的AB段,从图可知,此时绳子的拉力为34N,则金属块受到的浮力为:F浮=G﹣F拉=54N﹣34N=20N,故B正确; C、由F浮=ρ水V排g可得金属块排开水的体积(金属块的体积):V=V排===0.002m3,由G=mg=ρVg得金属块的密度为:ρ===2.7×103kg/m3,故C错误;D、由图知,在t1至t2时间段绳子的拉力逐渐变大,而金属块的重力不变,则由F浮=G﹣F拉可知,金属块受到的浮力逐渐变小,故D错误。故选B。
【答案】B
11.(2018?零陵区一模)在弹簧測力计下悬挂一个实心小球,弹簧测力计的示数是8N.把实心小球浸没在密度为0.8×103kg/m3的油中,弹簧测力计的示数是6N,下列说法不正确的是( )
A.小球受到的浮力是2N B.小球的质量是0.8kg
C.小球的体积是2.5×10﹣4m3 D.小球的密度是3.2×103g/cm3
【解析】A、小球重力为8N,浸没后小球受拉力为6N;故小球受浮力为:F浮=G﹣F=8N﹣6N=2N;故A正确;B、根据G=mg,小球的质量m===0.8kg;故B正确;C、根据阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排得:小球体积V=V排===2.5×10﹣4m3;故C正确;D、小球的密度为:ρ===3.2×103kg/m3=3.2g/cm3;故D不正确。故选D。
【答案】D
12.(2018?武汉模拟)自重100t的轮船(含船载设备及船员),已知其排水量为1000t。当它在长江上满载航行时,下列判断不正确的是(ρ江水=1.0×103kg/m3,ρ海水=1.03×103kg/m3,g=10N/kg)( )
A.轮船所装货物质量是9×105kg
B.轮船受到江水的浮力是107 N
C.轮船排开江水的体积是103m3
D.轮船从长江驶入大海,排水量将减小
【解析】A、已知m船=100t,其排水量m排=1000t。轮船所装货物质量等于轮船的排水量减去轮船自身质量,即m物=m排﹣m船=1000t﹣100t=900t=9×105kg;故A正确;B、满载时轮船受到江水的浮力:F浮=G排=m排g=1000×103kg×10N/kg=1×107N=107N;故B正确;C、由F浮=ρ液gV排可得轮船排开的江水的体积:V排===103m3;故C正确;D、轮船的排水量指的是满载时排开水的质量,轮船从长江驶入大海,都是漂浮状态,则排水量不变,故D错误。故选D。
【答案】D
13.(2018?永定区一模)图是关于浮力知识的应用实例,其中说法正确的是( )
A.图A中浸没在水中的潜水艇在下潜过程中所受浮力逐渐变大
B.图B中巨轮之所以能够浮在水面是因为用空心的办法增大了排开液体的体积
C.图C中液体的密度越大密度计漂浮时受到的浮力就越大
D.图D中气球是利用填充气体密度大于空气密度的原理上浮
【解析】A.浸没在水中的潜水艇在下潜过程中,水密度和排开水的体积不变,由F浮=ρ液gV排可知,所受的浮力不变,故A错误;B.巨轮之所以能够浮在水面上,是利用空心的方法来增大排开液体的体积来增大浮力,故B正确;C.密度计测液体密度时,都是漂浮的,所以浮力都等于重力,在不同液体中,密度计所受浮力不变,故C错误;D.气球是利用在空气中的浮力来工作的,当气体的密度小于空气的密度时,才可以升空,故D错误。故选B。
【答案】B
14.(2018?泰兴市校级三模)如图,在一只塑料袋中装入大半袋酒精,用弹簧测力计测出其重力的大小,再将其浸入水中,当弹簧测力计示数为零时,下列说法正确的是( )
A.此时袋中液面与容器中水面相平 B.排开水的重力大于袋中酒精的重力
C.排开水的重力小于袋中酒精的重力 D.此时袋中液面比容器中水面高
【解析】当弹簧测力计的示数为0时,塑料袋受到的浮力:F浮=G酒精,∵ρ酒精<ρ水,∴塑料袋漂浮在水面上,∴塑料袋中的液面高于容器中的水面;故选D。
【答案】D
15.(2019?徐汇区一模)轮船从大海驶入黄浦江,所受的浮力将( )
A.增大 B.减小 C.不变 D.无法确定
【解析】轮船从大海驶入黄浦江,因轮船始终处于漂浮状态,漂浮时浮力等于其重力,轮船的重力不变,则所受的浮力是不变的;故选C。
【答案】C
16.(2019?岳阳一模)将同一个鸡蛋先后放入甲、乙两盛有不同浓度盐水的相同杯子中。当鸡蛋静止时,两个杯子中液面恰好相平,鸡蛋所处的位置如图所示。则( )
A.鸡蛋在甲杯里排开液体的质量较大
B.鸡蛋在乙杯中受到液体的浮力较大
C.放入鸡蛋前,甲杯中液体的体积较大
D.放入鸡蛋前,甲杯中液体对杯底的压强小
【解析】(1)由图可知,鸡蛋在甲、乙两杯盐水中分别处于悬浮和漂浮状态,由于物体漂浮或悬浮时,受到的浮力和自身的重力相等,
则同一只鸡蛋在两杯中受到的浮力相等,都等于鸡蛋的重力,故B错误;根据F浮=G排=m排g可知,鸡蛋排开液体的质量相等,故A错误。(2)由题知,当鸡蛋静止时,两个杯子中液面恰好相平,则V甲+V排甲=V乙+V排乙,由图可知排开液体的体积:V排甲>V排乙,所以液体的体积V甲<V乙,即放入鸡蛋前,甲杯中液体的体积较小,故C错误;(3)同一只鸡蛋在甲、乙两杯中分别处于悬浮和漂浮状态,根据浮沉条件可得:ρ甲=ρ蛋,ρ乙>ρ蛋;所以ρ甲<ρ乙,即乙液体的密度较大,由于两个杯子相同,并且V甲<V乙,所以原来液体的深度h甲<h乙,根据p=ρgh可知,p甲<p乙,即甲杯中液体对杯底的压强小,故D正确。故选D。
【答案】D
17.(2018?清流县模拟)重为10N的实心物体放入水中后,静止时如图所示,则物体受到的浮力为( )
A.大于10N B.小于10N C.等于10N D.无法判断
【解析】由图可知:物体在水中下沉到容器底部,根据浮沉条件可知:物体受到的浮力F浮<G=10N。故选B。
【答案】B
18.(2018?坪山区二模)某同学按照如图所示的操作,探究影响浮力大小的因素。
物体全部浸没在水中时,受到的浮力是________N。
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。
【解析】①测力计拉着物体静止在空气中的示数为物体的重力,即G=4N;由图A、C可知,物体浸没在水中时受到的浮力:F水=G﹣F=4N﹣3N=1N;②探究物体受到的浮力大小与物体浸没在液体中的深度的关系时,应控制液体的密度、排开液体的体积相同,深度不同,故选C、D两图进行比较;
【答案】①1;②C、D。
19.(2019?浦东新区一模)重为4牛的实心金属球挂在弹簧测力计下并将其浸没在水中,此时测力计的示数为1牛,则金属受到的浮力大小为________牛,方向________,阿基米德原理________(选填“适用”或“不适用”)空气中的物体受到浮力的问题。
【解析】金属球受到的浮力:F浮=G﹣F示=4N﹣1N=3N;浮力方向竖直向上。阿基米德原理同样适用于浸在气体中的物体。
【答案】3;竖直向上;适用。
20.(2018?龙华区校级二模)小谦在蜈支洲岛潜水,他穿着紧身潜水防护服,在教练的引导下在海里下潜的过程中,海水对他的浮力大小________,海水对他的压强大小________。(选填“变小”、“变大”或者“不变”。)
【解析】小谦在下潜的过程中:因为F浮=ρ水gv排,排开水的体积v排不变,所以小谦受到的浮力不变;因为p=ρgh,所处深度h变大,所以小谦受到水的压强变大。
【答案】不变;变大。
21.(2019?上海一模)2018年12月8日,载人潜水器支持母船﹣﹣“深海一号”顺利下水,这是我国自主设计建造的第一艘大吨位深海载人潜水器专业母船。如图,船长90.2米、型宽16.8米,设计吃水5.8米、型深8.3米,设计续航力超过12000海里,满载时排水量10000吨,可在全球无限航区执行下潜作业。则该船满载时受到的浮力为________牛,浮力的方向是________,卸去船上的货物后船受到的浮力将________(选填“不变”、“变大”、“变小”)。
【解析】由阿基米德原理可得,该轮船满载时受到的浮力:F浮=G排=m排g=10000×103kg×9.8N/kg=9.8×107N;浮力的方向是竖直向上的;由于轮船处于漂浮状态,所以根据漂浮条件可知F浮=G;如果把船上货物卸下一些,重力减小,则船受到的浮力将变小。
【答案】9.8×107;竖直向上;变小。
22.(2019?闵行区一模)港珠澳大桥是世界最长的跨海大桥,隧道由33节沉管组成。某节管的排水量约为8万吨,将它缓缓放入海水中,待其浸没后受到的浮力大小约为________牛,方向为________,排开海水的体积约为________m3.(海水的密度取1×103千克/米3)
【解析】(1)由阿基米德原理可得,一节沉管浸没后受到的浮力:F浮=G排=m排g=8×104×1000kg×9.8N/kg=7.84×108N,浮力的方向竖直向上;(2)由F浮=ρ海水V排g得排开海水的体积:V排===8×104m3。
【答案】7.84×108;竖直向上;8×104。
23.(2018?突泉县二模)如图所示,当歼﹣15舰载机起飞离开“辽宁舰”后,“辽宁舰”所受到的浮力将________,以舰载机为参照物“辽宁舰”是________的。
【解析】(1)“辽宁舰”漂浮,所受浮力等于重力,当舰载机起飞离开“辽宁舰”后,“辽宁舰”的总重力减小,它所受到的浮力减小;(2)舰载机飞离开“辽宁舰”过程中,舰载机与航母之间有位置的改变,所以以舰载机为参照物,航母是运动的.
【答案】变小;运动。
24.(2019?奉贤区一模)质量为0.5千克的木块漂浮在水面上,它所受到的浮力为________牛,排开水的重力为________牛。若该木块同样漂浮在海面上,则它排开海水的质量________0.5千克。(选填“大于”、“等于”或“小于”)
【解析】因为木块漂浮在水面上,所以它所受到的浮力:F浮1=G木=m木g=0.5kg×9.8N/kg=4.9N;
根据阿基米德原理可知,排开水的重力等于浮力,即G排水=F浮1=4.9N;若该木块漂浮在海面上,木块受到的浮力F浮2=G木,所以F浮1=F浮2,由阿基米德原理可知F浮=G排=m排g,所以它排开海水的质量等于排开水的质量,等于0.5kg,
【答案】4.9;4.9;等于。
25.(2018?宜春模拟)体积是60cm3,质量是54g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.(ρ酒精=0.8×103kg/m3)
【解析】物体的密度ρ物===0.9g/cm3,因为ρ物<ρ水,所以物体在水中漂浮,F浮=G,m排水g=m物g,则排开水的质量,即溢出水的质量:m溢水=m排水=m物=54g;因ρ物>ρ酒精,物体在酒精中沉底,溢出酒精质量为:m酒=ρ酒精V=0.8g/cm3×60cm3=48g。
【答案】54;48。
26.(2018?江都区校级三模)学习浮力知识后,小刚用一根粗细均匀的吸管自制了一支密度计,他在吸管的下端装入适量的钢珠后用蜡封住并使底部平整,制好后测出该密度计的总质量为3g,吸管底面积为4×10﹣5m2,吸管总长为0.12m。
(1)如图所示是小刚将该密度计放入水中静止时的情形,A是水面的位置,则密度计在水中受到的浮力是________N,排开水的质量是________kg;
(2)若将该密度计从水中取出擦干,放到密度为1.1×103kg/m3的盐水中,静止时密度计受到的浮力将会________(变大/变小/不变),盐水液面位置在A的________(上方/下方);
(3)为了提高自制密度计的精确程度,可以采取的办法是________(写一种即可)。
【解析】(1)吸管的重力:G吸=m吸g=3×10﹣3kg×10N/kg=3×10﹣2N,
吸管漂浮在水面上,则F浮=G=3×10﹣2N,由重力公式和阿基米德原理可得,排开水的质量:m排====3×10﹣3kg;
(2)若将该密度计从水中取出擦干,放到密度为1.1×103kg/m3的盐水中,液体密度增大,密度计仍然漂浮(浮力仍然等于密度计的重力),所以密度计受到的浮力不变;根据F浮=ρ液gV排可知密度计排开液体的体积减小,露出水面的体积增大,所以此时盐水液面位置在A的下方。
(3)为了使测量结果更准确(即可以标出更多的刻度线),测量时应使“密度计”浸入液体的深度变化大,根据△V=Sh,所以应减小横截面积S,可使h变大,因此可以选用更细的吸管。
【答案】(1)3×10﹣2; 3×10﹣3;(2)不变;下方;(3)选用更细的吸管。
27.(2018?余杭区一模)2017年4月2日上午,中国第二艘航空母舰001A在大连船厂举行下水仪式,据外界猜测,001A的排水量可达6万吨,“标准排水量”是指人员武装齐备,但不包含燃油、滑油、备用锅炉水在内的排水量(第1、2小问计算中g取10N/kg,ρ海水=1×103kg/m3)
(1)若该航空母舰标准排水量6万吨,则此状态下航空母舰所受到海水的浮力是多少?
(2)若装载燃油、滑油、备用锅炉水共1.8万吨到达满载,则满载后排开水的体积为多少m3。
(3)已知印度洋的海水密度小于太平洋的海水密度,当这艘航空母舰满载时从太平洋到印度洋时请结合相关公式推断表达舰身会上浮一些还是下沉一些?
【解析】(1)航空母舰标准排水量6万吨,处于漂浮,受到的浮力:
F浮=G排=m排g=6×104×103kg×10N/kg=6×108N;
(2)航空母舰满载受到的浮力,因为漂浮,
F浮′=G排′=m排′g=(m排+m)g=(6×104×103kg+1.8×104×103kg)×10N/kg=7.8×108N;
由F浮=ρ液gV排可得,满载后排开水的体积:
V排===7.8×104m3;
(3)由F浮=ρ液gV排可得,当这艘航空母舰满载时从太平洋到印度洋时(不考虑燃油、食物、淡水等物质的消耗,舰体浸水部分当作长方体)。已知印度洋的海水密度小于太平洋的海水密度,液体密度变小,排开液体的体积变大,故舰身会下沉一些;
【答案】(1)若该航空母舰标准排水量6万吨,则此状态下航空母舰所受到海水的浮力是6×108N;(2)满载后排开水的体积为7.8×104m3;(3)下沉一些。
28.(2018?江干区模拟)自成品油价格放开以来,国内油价与国际油价接轨。但国际油价报道时为国际原油价格涨至多少美元一桶,而我国进口原油价格每吨提高多少元。小敏想知道原油的单位“桶”和质量常用单位“吨”之间有什么关系。并将密度为0.6×103kg/m3.体积为200cm3的立方体木块放入原油中,木块漂浮在油面上,经测量木块有的体积露出油面(g=10N/kg)。
求:(1)木块受到的浮力。
(2)原油的密度。
(3)若每桶原油的体积为m3,1吨原油等于多少桶?
【解析】(1)因为木块漂浮,所以木块受到的浮力:
F浮=G木=ρ木gV=0.6×103kg/m3×10N/kg×200×10﹣6m3=1.2N;
(2)因为F浮=ρ油gV排,V排=×200cm3=×10﹣6m3,
所以ρ油===0.9×103kg/m3;
(3)每桶原油的质量:m=ρ油V桶=0.9×103kg/m3×m3=150kg,
1吨原油等于多少桶:n==6.67≈7(桶)。
【答案】(1)木块受到的浮力为1.2N。(2)原油的密度为0.9×103kg/m3;(3)1吨原油等于7桶。
1.(2018?五原县校级三模)小安为了探究物体在水中不同深度所受浮力变化情况,如图1所示,将一挂在弹簧测力计下的实心圆柱体金属块缓慢浸入水中(水足够深),在圆柱体接触容器底之前,分别记下圆柱体下表面所处的不同深度h和弹簧测力计相应的示数F,实验数据如表:
次数
1
2
3
4
5
6
7
8
h/cm
0
2
4
6
8
10
12
14
F/N
6.75
6.25
5.75
5.25
4.75
4.25
4.25
4.25
(1)分析表中实验数据,物体的重力是________N,完全浸没时受到的浮力________N;
(2)分析表中第1列到第5列数据,说明________________;
(3)根据所学知识,根据第6列到第8列数据,可以知道物体所受浮力大小________;压强将________;(两空均选填“增大”、“减小”或“不变”),说明物体的浮力与浸没深度________。
(4)图2中能正确反映弹簧测力计示数F和圆柱体下表面到水面距离h关系的图象是________
【解析】(1)根据题意,金属块在深度h=0cm说明没有浸入水中,此时物体不受浮力,弹簧测力计的示数就是物体的自身重力,即重力为6.75N。物体完全浸没时,弹簧测力计的示数为4.25N,F浮=G﹣F示=6.75N﹣4.25N=2.5N,
(2)分析表中第1列到第5列数据,弹簧测力计的示数F示=G﹣F浮,重力是一定的,浮力变大,说明物体在同一液体里不断浸入过程中,浮力随V排的变大而变大;
(3)由表中第6列和第7列数据可知,物体浸没在水中后,随物体浸入深度的变化,弹簧测力计示数不变,物体受到的浮力不变,由此可见:物体浸没后,物体受到的浮力与深度无关;
由液体压强公式P=ρgh可知,在同种液体中,液体的压强随液体深度的增大而增大;
(4)由1~5可知随着圆柱体浸入深度增加,弹簧测力计示数不断减小,由6~8列可知圆柱浸没后,深度增加,弹簧测力计示数不变。由图象可知B正确。
【答案】(1)6.75;2.5;(2)物体在同一液体里不断浸入过程中,浮力随V排的变大而变大;(3)不变;增大;无关;(4)B
2.(2018?深圳模拟)小安在“探究影响浮力大小因素”的实验时,用到了弹簧测力计、圆柱体G、两个相同的圆柱形容器,一定量的水和盐水,其实验装置和弹簧测力计示数如图所示。
(1)圆柱体G浸没在水中时所受浮力为________N;
(2)分析比较图A、B、C,说明浮力的大小与________有关;
(3)为了探究浮力大小与物体浸没在液体中的深度有无关系,可选用________图来进行比较;
(4)物体浸没在水中时物体的体积是________m3;用图示实验数据测出盐水的密度是________kg/m3(保留两位有效数字,g取10N/kg);
(5)如图B所示,将物体缓慢浸入水中,在物体接触容器底之前,能正确反映弹簧测力计示数F和物体下表面到水面距离h关系的图象是________。
【解析】(1)由图甲可知,弹簧测力计的分度值为0.2N,示数为4.8N,即物体的重力为4.8N;C图中物体完全浸没时的弹簧测力计的示数为2N,则物体浸没在水中时受到的浮力:
F浮=G﹣F′=4.8N﹣2N=2.8N;
(2)比较图A、B,说明物体在水中受到浮力的作用,比较B、C可知,液体的密度相同,物体排开水的体积不同,弹簧测力计的示数不同,则物体受到的浮力不同,说明浮力的大小与物体排开液体的体积有关;
(3)探究浮力大小与物体浸没在液体中深度的关系,要控制液体的密度和排开液体的体积相同,改变物体浸没的深度,图中A、C、D符合要求;
(4)由(1)知物体浸没在水中时受到的浮力:F浮=2.8N,因物体浸没在水和盐水中排开液体的体积和自身的体积相等,所以,由F浮=ρ水gV排可得物体的体积:
V=V排===2.8×10﹣4m3,
E图中物体完全浸没时的弹簧测力计的示数为1.8N,则物体浸没在盐水中时受到的浮力:
F浮′=G﹣F″=4.8N﹣1.8N=3N,由F浮=ρgV排可得,盐水的密度:
ρ盐水==≈1.1×103kg/m3。
(5)浸没前,物体浸入水中越深,受到的浮力越大;浸没后,物体受到的浮力与浸没深度无关,所以浮力的大小是先变大再不变;根据F浮=G﹣F可知,拉力F(弹簧测力计示数)先变小再不变,故图丁正确。故选丁。
【答案】(1)2.8;(2)物体排开液体的体积;(3)ACD;(4)2.8×10﹣4;1.1×103;(5)丁。
3.(2018?靖远县校级二模)小明用弹簧测力计、圆柱体、3个相同的烧杯分别装有一定量的水和盐水,对浸在液体中的物体所受的浮力进行了探究,其装置和弹簧测力计示数如图所示。
(1)分析图甲、乙、丙,说明浮力的大小与________有关。
(2)丁图中物体受到的浮力大小为________。
(3)根据图示实验数据得出圆柱体的密度为________kg/m3。
【解析】(1)由图甲、乙、丙所示实验可知,物体排开液体的密度相同而排开液体的体积不同,物体受到的浮力不同,由此可知,浮力大小与物体排开液体的体积有关。
(2)由图甲、丁所示实验可知,圆柱体浸没在盐水中时受到的浮力:F浮盐水=G﹣F=12N﹣6N=6N;
(3)由图甲、丙所示实验可知,圆柱体浸没在水中所受浮力:F水=G﹣F′=12N﹣7N=5N,
由F浮=ρ水gV排可知圆柱体的体积:V=V排===5×10﹣4m3;由G=mg=ρVg得圆柱体密度:
ρ===2.4×103kg/m3。
【答案】(1)物体排开液体的体积;(2)6N;(3)2.4×103。
4.(2018?文圣区校级二模)小明同学用一个弹簧测力计、一个金属块、两个相同的烧杯(分别装有一定量的水和煤油),对浸在液体中的物体所受的浮力进行了探究。探究过程如图所示,部分数据记录见下表。
实验序号
A
B
C
D
E
排开液体的质量/g
0
100
300
240
排开液体的重力/N
0
1
2
3
(1)请将表格中的数据填全。
(2)分析图中的A、B(或A、C……),说明浸在液体中的物体受到________(填方向)的浮力;金属块浸没在水中所受的浮力是________N。
(3)分析图中的________三图,说明浸在同种液体中的物体,受到的浮力大小跟物体排开的液体的体积有关。分析图中的D、E两图,可以得到结论:________________。
(4)金属块的体积为________cm3,密度为________kg/m3.煤油的密度为________g/cm3
【解析】(1)由表格可知C排开液体重力为2N,根据G=mg知,
排开液体的质量:m排C===0.2kg=200g;
排开煤油的质量m排煤=240g=0.24kg,
排开煤油的重力G排煤=m排煤g=0.24kg×10N/kg=2.4N;
(2)分析图中的A、B(或A、C…)可知,B(或C…)示数减小,说明受到浮力的方向与重力的方向相反,即浮力的方向竖直向上;物体在空气中的重力G=10N;浸没在水中时弹簧测力计的示数F拉=7N;根据称重法得:F浮=G﹣F拉=10N﹣7N=3N;
(3)探究浮力的大小与物体排开液体体积的关系时,就要控制液体的密度一定,而排开液体的体积不同,B、C、D符合这种情况;分析图中的D、E两图,金属块浸入液体的体积相同,煤油中弹簧测力计的示数大于水中弹簧测力计的示数,说明金属块在密度大的水中受到的浮力大于密度小的煤油中受到的浮力;故可的结论:排开的液体体积相同的情况下,液体的密度越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大。
(4)①由图AD或AE知,金属块的体积为800ml﹣500ml=300ml=300cm3;
由F浮=ρgV排,由图AD可得:V金属=V排=,
所以金属块的密度:ρ金属====?ρ水=?ρ水≈3.3×103kg/m3;
②由图AE所示实验可知,金属块浸没在煤油中受到的浮力F浮′=10N﹣7.6N=3.4N,
设金属块体积为V,由浮力公式:F浮=ρgV排,
F浮=ρ水gV,F浮′=ρ煤油gV,=,
则盐水的密度:ρ煤油==×1×103kg/m3=0.8×103kg/m3=0.8g/cm3
【答案】(1)200;2.4;(2)竖直向上;3;(3)B、C、D;排开的液体体积相同的情况下,液体的密度越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大;
(4)300;3.3×103;0.8。
5.(2018?临河区校级二模)小明利用如图所示实验探究“浮力大小和哪些因素有关”。他把金属块挂在弹簧测力计上,将它分别浸入水和酒精中的不同位置:
(1)上述四种情况,________图中金属块所受到的浮力最小;
(2)丙、丁两次实验,是为了探究浮力大小与________有关;________两次实验说明浮力大小与深度无关。
(3)通过甲和丁的探究,不能得到浮力大小与液体密度的关系,其原因是________不同。
(4)如图中能正确反映弹簧测力计示数F和金属块下表面在水中的深度h关系的图象是________。(金属块未接触容器底)
【解析】(1)金属块受竖直向下的重力G,竖直向上的弹簧秤的拉力F,竖直向上的浮力F浮作用,金属块处于平衡状态,由平衡条件得:G=F+F浮,F=G﹣F浮,由此可知,弹簧测力计的示数F越大,金属块受到的浮力越小,由图1可知,甲图中弹簧测力计示数最大,金属块受到的浮力最小;
(2)由图1可知,丙、丁两次实验,金属块排开液体的体积和浸没的深度都相同,只有液体的密度不同,因此是探究浮力与液体密度的关系;
探究浮力与深度的关系时,根据控制变量法的思想,应控制液体密度和排开液体的体积相同,只改变浸没的深度,符合条件的只有乙、丙,数据显示浮力与浸没的深度无关;
(3)探究浮力与密度的关系时,根据控制变量法的思想,应控制排开液体的体积相同,只改变液体密度;
(4)金属块处于平衡状态,弹簧秤示数F=G﹣F浮,
金属块底部接触水面后,随着浸入水中深度h的增加,金属块排开水的体积变大,金属块受到的浮力F浮变大,所以弹簧测力计的示数变小;
当金属块完全浸没入水中时,金属块受到的浮力不变,弹簧测力计的示数不再变化;
图象D符合弹簧测力计示数F与金属块底部浸入水中深度h关系。
【答案】(1)甲;(2)液体密度;乙、丙;(3)排开液体的体积;(4)D。
6.(2018?沂水县二模)同学们在学习“阿基米德原理”这节课上,仔细观察了老师做的如图甲所示的演示实验。课后复习时,物理兴趣小组的同学们,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)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________,弹簧测力计B的示数________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)比较弹簧测力计A的示数变化量FA′和弹簧测力计B的示数变化是FB′,它们的大小关系是FA′________FB′(选填“>”“<”或“=”),说明物体所受的浮力等于________。
(3)对比图甲和图乙两组实验,新的实验与原实验比较有哪些优点或缺点?请写出任意一条________________。
【解析】(l)(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,所以弹簧测力计B的示数变大;根据阿基米德原理可知,物体所受浮力的大小和排开液体的重力相等,所以弹簧测力计A示数的变化量△FA和弹簧测力计B的示数变化量△FB相等。
(3)优点:
①物体所受浮力大小和物体排开液体的重力大小关系对比明显,容易得出结论;
②调节平台F的高度,可观察到物体受到的浮力随排开液体的体积的增大而增大;
③铁架台固定,弹簧测力计示数更稳定,便于观察,便于讲解;
缺点:
①升降台上升时,塑料袋下降,操作难度大;
②整合度高,理解起来难度大。
【答案】(1)变小;变大;(2)=;物体排开液体的重力;(3)优点:物体所受浮力大小和物体排开液体的重力大小关系对比明显,容易得出结论;缺点:升降台上升时,塑料袋下降,操作难度大。
7.(2018?十堰模拟)如图所示,为了“探究浮力的大小跟哪些因素有关”,某同学将一个挂在弹簧测力计下的金属圆柱体缓慢浸入水中,分别记下圆柱体下表面所处的深度h,弹簧测力计相应的示数F,并测出G,将数据记录在下表中。
实验次数
1
2
3
4
5
6
深度h/cm
0
4
8
10
12
16
测力计示数F/N
6.75
5.75
4.75
4.25
4.25
2.00
小桶和溢出的水的重力G/N
0.6
1.6
2.6
3.1
3.1
3.1
(1)分析表中第2次和第3次数据,说明物体受到浮力的大小跟物体________体积有关。分析第4次和第5次数据,说明浸没在液体中的物体受到的浮力大小与深度________(选填“有关”或“无关”)。
(2)第2次实验中,圆柱体下底面受到的压力是________N,第6次实验中,金属块所受浮力大小为________N,容器底对金属块的支持力大小为________N。
(3)根据表中数据,计算此金属圆柱体的密度是________kg/m3。
【解析】(1)由表中第2次和第3次实验数据可知,随圆柱体浸入水中的深度增加,物体排开水的体积增大,弹簧测力计示数减小,物体受到的浮力增大,由此可得:浸在液体中的物体受到浮力大小与物体排开液体的体积有关;由表中第4次和第5次实验数据可知,金属完全浸没在水中,随h增大,F不再改变,说物体受到的浮力不变,这说明物体受到的浮力不变,由此可得:物体浸没在同种液体里,所受浮力的大小与浸没的深度无关;
(2)由第1次实验数据物体浸入深度为0,此时物体的重力G=F1=6.75N,第1﹣4次实验,弹簧测力计示数逐渐减小,说明物体受到的浮力不断增大,故第4次实验时物体才浸没在水中,所以第2次实验进,F浮=F1﹣F2=F下﹣F上,(F上=0),所以:F下=F1﹣F2=6.75N﹣5.75N=1N;
第6次物体浸没在水中并与容器底接触,所以此时的浮力F浮′=F1﹣F4=6.75N﹣4.25N=2.5N;
此时物体受到的浮力、重力和容器底的支持力平衡,所以F支=G﹣F浮′=6.75N﹣2.5N=4.25N。
(3)物体浸没时,F浮′=ρ水gV排,物体的体积V=V排=,
物体密度:ρ===×ρ水=×1.0×103kg/m3=2.7×103kg/m3。
【答案】(1)排开液体的;无关;(2)1;2.5;4.5;(3)2.7×103
8.(2018?东西湖区校级模拟)如图探究“浮力大小与什么因素有关”的实验中,由于实验前没有测小烧杯的重力就直接将物体浸入水中,当物体浸入一半的体积时,测出烧杯和排开液体的重力如图③,再将物体浸没入水中,再次测得烧杯和水总重如图⑤.则
(1)图①②④说明浮力大小与________有关。
(2)圆柱体密度为________kg/m3,小烧杯重________N。
(3)分析实验数据,可能会使圆柱体的密度偏大的原因是________。(填序号)
A.物体浸没后触底了
B.物体浸没后深度改变了
C.物体还没有完全浸没就读数
【解析】(1)根据阿基米德原理知,图中②一半浸没,排开水的体积小,拍开水的重力小,浮力小,图中④全部浸没,排开水的体积大,排开水的重力大,浮力大,故可以得出浮力大小与物体排开液体的体积有关;
(2)根据当物体浸入一半的体积时,测出烧杯和排开液体的重力为G1=1.5N,再将物体浸没入水中,再次测得烧杯和水总重为G2=2.5N,所以一半浸没时排开水的重力为:
G排1=G2﹣G1=2.5N﹣1.5N=1N;
所以当物体全部浸没时的排开水的重力:G排=2G排1=2×1N=2N,
所以小桶的重力:G桶=G2﹣G排=2.5N﹣2N=0.5N;
根据阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排=2N知,
物体的体积:V=V排===2×10﹣4m3;
根据G=mg得物体的质量:m===0.4kg;
圆柱体的密度:ρ===2×103kg/m3;
(3)A、物体浸没后触底了,弹簧测力计的示数减小,根据F浮=G﹣F知,浮力增大,根据F浮=ρ液gV排知,排开水的体积增大,物体的体积偏大,根据ρ=知密度偏小,故A不符合题意;
B、物体浸没后深度改变了,浮力不变,根据F浮=ρ液gV排知,排开水的体积不变,物体的体积不变,根据ρ=知密度不变,故B不符合题意;C.物体还没有完全浸没就读数,弹簧测力计的示数偏大,根据F浮=G﹣F知,浮力偏小,根据F浮=ρ液gV排知,排开水的体积偏小,物体的体积偏小,根据ρ=知密度偏大,故C符合题意。
【答案】(1)物体排开液体的体积;(2)2×103;0.5; (3)C。
9.(2018?靖江市校级三模)在“验证阿基米德原理”的实验中,选择溢水杯、水、弹簧测力计、石块、小桶、细线等器材进行如图所示的实验,具体操作步骤如下:
A.测出物块所受重力G
B.测出空桶所受重力G1
C.将水倒入溢水杯中
D.把挂在测力计下的物块浸没在水中,用小桶接着溢出的水,读出测力计示数F
E.测出小桶和被排开水的总重G2
F.记录分析数据,归纳总结实验结论,整理器材
(1)上述实验步骤中小明有一处操作错误,错误序号为________,应改正为________。
(2)请帮小明将下列分析填完整(用所测物理量符号表示)。
①石块所受的浮力F浮=________;
石块排开水的重力G排=________;
③若关系式________成立,即可验证阿基米德原理。
(3)小明在某次测量时发现F浮大于G排,原因可能是________。
(4)小明想用木块代替石块做此实验,他应调整的一个实验步骤序号是________,具体操作应为________。
【解析】(1)物体放入水中前,溢水杯应该是满水的,否则小桶内所盛的水将小于物体排开水的体积;故错误是C步骤,应向溢水杯中加水使水刚好齐杯口;
(2)根据称重法,浮力等于铁块重力G减去铁块浸没在水中时弹簧测力计的示数F,即:F浮=G﹣F;排开水的重力G排等于桶与水的总重力G2减去空桶的重力G1,即:G排=G2﹣G1;
比较F浮与G排的大小关系,如果关系式:G﹣F=G2﹣G1成立,即可验证阿基米德原理。
(3)若开始时溢水杯中没有装满水,物体放入后排开水的体积偏小,故浮力会大于重力;
(4)根据漂浮的特点,浮力等于重力,不用称重法测浮力,故若用能漂浮在水面的木块代替石块做此实验,与上述操作不同的一个步骤是D,具体操作应为将木块轻轻的放入盛满水的溢水杯,用小桶接着溢出的水。
【答案】(1)C;向溢水杯中加水使水刚好齐杯口;(2)①G﹣F;②G2﹣G1;③G﹣F=G2﹣G1;(3)开始时溢水杯中没有装满水,物体放入后排开水的体积偏小;(4)D; 将木块轻轻的放入盛满水的溢水杯,用小桶接着溢出的水。
10.(2018?新疆三模)如图,小明在做“验证阿基米德原理的实验”,由步骤丙、丁中弹簧测力计的示数可知物体在液体中受到的浮力是________N,则甲、乙步骤中弹簧测力计前后示数变化应是________N;他继续用甲、乙所示的实验装置,验证下沉的物体是否受到浮力的作用。为了使弹簧测力计前后示数变化更明显,他可采取的措施有________(填一种方法即可)。
【解析】(1)由图丙和丁可知,桶和水的重力G总=2.5N,空桶的重力G桶=1.5N,
所以,物体在液体中受到的浮力:F浮=G排=G总﹣G桶=2.5N﹣1.5N=1N;
因为F浮=G﹣F示,所以甲、乙步骤中弹簧测力计前后示数变化:△F=F浮=1N;
(2)由于弹簧测力计前后示数变化是浮力作用的结果,根据影响浮力大小的因素是液体的密度和物体排开液体的体积,故可采取的措施是:一是增加液体的密度,二是换用体积更大的物体。
【答案】1;1;增加液体的密度。