初中物理尖子生自主招生培優(yōu)講義版塊10 浮力 專題10-7　浮力相關實驗 （學生版）

頁專題10-7浮力相關實驗知識·解讀探究浮力大小的實驗一般有兩類：一是探究影響浮力大小的因素，二是驗證阿基米德原理的實驗。一、根據(jù)稱重法F浮二、采用控制變量法探究影響浮力大小的因素；三、會設計實驗驗證阿基米德原理。典例·解讀例1、小冉在探究“浮力大小與哪些因素有關”的實驗中，用到如下器材：分度值為0.1N的彈簧測力計，底面積為5cm2、高度為6cm的實心圓柱體銅塊，相同的大燒杯若干，水，密度未知的某種液體，細線等。(1)小冉進行了如圖所示的實驗：A步驟所示彈簧測力計的示數(shù)為_________N；用彈簧測力計掛著銅塊緩慢地浸入液體中不同深度，步驟如圖B、C、D、E、F所示(液體均未溢出)，并將其示數(shù)記錄在下表中：彈簧測力計示數(shù)/N2.62.52.42.42.3(2)在實驗步驟B中銅塊所受浮力F浮=_________N。(3)分析實驗步驟A、B、C、D，可以說明浮力大小跟__________________有關；分析實驗步驟A、E、F，可以說明浮力大小跟_________有關。(4)小冉用表格中的數(shù)據(jù)算出了某種液體的密度是________________kg/m3(結果保留一位小數(shù))，還算出了步驟B中銅塊下表面受到水的壓強是_________Pa，并發(fā)現(xiàn)步驟B、C、D中銅塊下表面受到水的壓強隨著深度的增加逐漸_________(選填“增大”或“減小”)。(5)小冉在步驟B的基礎上繼續(xù)探究：保持銅塊下表面所處的位置不變，把彈簧測力計的拉環(huán)固定在鐵架臺上，緩慢向燒杯內加水，發(fā)現(xiàn)彈簧測力計的示數(shù)逐漸_________(選填“增大”或“減小”)；當所加水使銅塊剛好浸沒時(水未溢出)，燒杯底部受到水的壓強增加了Pa。(已知在一定范圍內，彈簧受到的拉力每減少0.1N，彈簧的長度就縮短0.1cm)【答案】【答案】(1)2.7(2)0.1(3)排開液體的體積液體的密度(4)1.3×103200增大(5)減小420．【解析】本題考查探究浮力大小的實驗。(1)測力計的分度值為0.1N，由指針位置可知，A步驟所示彈簧測力計的示數(shù)為2.7N。(2)由表格數(shù)據(jù)可知，在實驗步驟B中拉力為2.6N，則步驟B中銅塊所受浮力F浮=G-F拉=2.7N-2.6N=0.1N；(3)由A、B、C、D所示實驗可知物體排開液體的體積越大，物體受到的浮力越大，由此可知：浸在同種液體中的物體所受浮力大小跟物體排開液體的體積有關。由A、E、F實驗可知，物體排開液體體積相同而液體密度不同，物體受到的浮力不同，這說明物體排開相同體積的液體時，所受浮力大小跟液體密度有關。(4)V=5cm2×6cm=30cm3=3×10-5m3，浸沒時，V排=V，在F圖中，F(xiàn)浮′=2.7N-2.3N=0.4N，由F浮′=ρ液gV排可得：ρ液=QUOTE=QUOTE≈1.3×103kg/m3；由浮力產(chǎn)生的原因可知，步驟B中銅塊下表面受到水的壓力F=F浮′=0.1N。下表面受到水的壓強p=QUOTE=QUOTE=200Pa，由B、C、D中數(shù)據(jù)可知，F(xiàn)拉逐漸減小，根據(jù)F浮=G-F拉可知，浮力增大，即下表面受到水的壓力增大，受力面積不變，由p=QUOTE可知，p逐漸增大，即銅塊下表面受到水的壓強隨著深度的增加逐漸增大。(5)緩慢向燒杯內加水，排開水的體積增大，則浮力變大，根據(jù)F浮=G-F拉可知，彈簧測力計的示數(shù)逐漸減??；由F浮=ρ水gV′排可得：V′排=QUOTE=QUOTE=1×10-5m3，此時銅塊浸入水的深度：h1′=QUOTE=QUOTE=0.02m=2cm，故當圓柱體完全浸沒時，浸沒深度h=6cm，故受到的浮力F浮″=QUOTE×F浮′=QUOTE×0.1N=0.3N，由于在一定范圍內，彈簧受到的拉力每減少0.1N，彈簧的長度就縮短0.1cm，因此當所加水使銅塊剛好浸沒時(水未溢出)，此時拉力減小0.3N-0.1N=0.2N，則彈簧的長因此當所加水使銅塊剛好浸沒時(水未溢出)，此時拉力減小0.3N-0.1N=0.2N，則彈簧的長度縮短0.2cm=0.002m，因此應該倒入的水的高度Δh=6cm-2cm+0.2cm=4.2cm因此燒杯底部受到水的壓強增加值Δp=ρ水gΔh=1.0×103kg/m3×10N/kg×4.2×10-2m=420Pa例2、小強為了“探究浮力的大小跟排開的液體所受重力的關系”，做了如下的實驗：(彈簧測力計每小格示數(shù)為0.5N).(1)請在A圖中畫出被測物體所受力的示意圖。(2)你認為更為合理的實驗順序是___________________________。(3)通過實驗你得到的結論是：浸在液體中的物體，所受浮力的大小等于__________________。(4)請你根據(jù)小強在實驗中獲得的數(shù)據(jù)，計算物體的體積是_________m3；你認為通過本實驗獲得的數(shù)據(jù)_________(選填“能”或“不能”)計算出此物體的密度。(5)請你指出實驗中的注意事項(說出一條即可)。___________________________。【答案】【答案】(1)如圖(2)DABC或ADBC(3)物體排開液體所受到的重力(4)1×10-4能(5)物體要緩慢浸入水中，彈簧測力計要盡量豎直，彈簧測力計要調零等，合理即可．【解析】此題是探究阿基米德原理的實驗，要注意步驟的排列和計算等問題。(1)在A圖中，由于沒有浸入水中，所以它只受重力和拉力兩個力的作用，并且屬于平衡力。(2)排列實驗順序時，一定要注意不能最后測量空桶的重力，因此排列順序為ADBC或DABC。(3)通過實驗發(fā)現(xiàn)，浸在液體中的物體，所受浮力的大小等于物體排開液體所受到的重力。(4)通過實驗發(fā)現(xiàn)小桶的重力G0=0.5N，排開水和桶的總重力G=1.5N，因此排開水的重力G排=G-G0=1N，因此排開水的質量m排=0.1kg，則排開水的體積V排=1×10-4m3，由于浸沒，排開水的體積等于物體的體積，根據(jù)密度公式ρ=QUOTE即可求得密度。(5)實驗中，注意彈簧測力計的使用注意事項(比如：調零、要豎直拉著物體等)、物體要緩慢浸入水中。培優(yōu)·訓練一、選擇題1、小英同學在探究“浮力的大小等于什么”時，做了如圖所示的實驗，四步實驗中彈簧測力計的示數(shù)F1、F2、F3、F4，下列等式正確的是()A.F浮=F2-F3B.F浮=F4-F3C.F浮=F2-F1D.F浮=F2-F4二、填空題1、某同學利用一只彈簧測力計和裝有適量水的杯子，測出了一顆小石塊的密度。測量方法如下：(1)用細線將小石塊拴好，用彈簧測力計測出它的重力，記為G；(2)再將小石塊浸沒在水中，用彈簧測力計測出石塊受到的拉力，記為F；利用測出的物理量可得：小石塊在水中受到的浮力是_________，小石塊的密度ρ＝_________(水的密度用ρ水表示)。2、小明同學在探究影響浮力大小的因素時，做了如圖所示的實驗。請你根據(jù)小明的實驗探究回答下列問題。(1)在C與E兩圖中，保持了排開液體的體積不變，研究浮力與_______________的關系；根據(jù)A與E兩圖所標的實驗數(shù)據(jù)，可知物體浸沒在鹽水中所受的浮力為________N。(2)小明對ABCD四個步驟進行了觀察研究，發(fā)現(xiàn)浮力的大小有時與深度有關，有時與深度又無關。(3)在小明實驗的基礎上，根據(jù)有關實驗數(shù)據(jù)，可以計算出鹽水的密度為________kg/m3。3、某實驗小組利用彈簧測力計、小石塊、溢水杯等器材，按照如圖所示的步驟，探究浮力的大小與排開液體所受重力的關系．(1)先用彈簧測力計分別測出空桶和石塊的重力，其中石塊的重力大小為________N.(2)把石塊浸沒在盛滿水的溢水杯中，石塊受到的浮力大小為________N.石塊排開的水所受的重力可由________(填字母代號)兩個步驟測出．(3)由以上步驟可初步得出結論：浸在水中的物體所受浮力的大小等于____________________．(4)為了得到更普遍的結論，下列繼續(xù)進行的操作中不合理的是________．A.用原來的方案和器材多次測量取平均值B.用原來的方案將水換成酒精進行實驗C.用原來的方案將石塊換成體積與其不同的鐵塊進行實驗(5)另一實驗小組在步驟C的操作中，只將石塊的一部分浸在水中，其他步驟操作正確，則________(選填“能”或“不能”)得到與(3)相同的結論．4、芳芳進行探究雞蛋受到浮力大小與哪些因素有關。如圖，請仔細觀察圖，并回答下列問題：(1)從A、B兩圖可知，雞蛋在水中受到的浮力是________N。(2)根據(jù)B、C兩圖實驗，芳芳就得出了雞蛋受到的浮力大小與液體的密度有關。你認為這種探究方法對嗎？________(選填“對”或“不對”)，如果不對，理由是________________________________。5、八年級6班的同學用如圖所示的實驗裝置探究“浮力的大小與物體排開液體的體積的關系”，實驗中物體排開液體的體積，可由物體上的刻度線顯示出來。小剛通過實驗得到了表一中的實驗數(shù)據(jù)。10.8×1034021.70.325021.60.436021.50.5表一(1)分析表一中的實驗數(shù)據(jù)，小剛得出的實驗結論是______________________________________-。(2)小剛在和小強進行交流時發(fā)現(xiàn)，小強雖然和自己得出了相同的實驗結論，但實驗中使用的液體和記錄的實驗數(shù)據(jù)并不完全一樣。表二為小強記錄的實驗數(shù)據(jù)。表二11×1034021.60.425021.50.536021.40.6他們在對兩人的實驗數(shù)據(jù)進行綜合分析后，發(fā)現(xiàn)：浮力的大小除了與排開液體的體積有關外，還與___________有關。(3)在對比兩人數(shù)據(jù)時他們還發(fā)現(xiàn)，即使在不同液體中，物體也能受到一樣大的浮力。而且浮力大小相等時，酒精的密度小，排開酒精的體積就大；水的密度大，排開水的體積就小。受此啟發(fā)，小強提出了關于浮力大小的一個新的猜想：浮力的大小可能跟___________相等。(4)于是，兩人又用如圖所示的裝置進行了多次實