專題13 浮力實(shí)驗(yàn)問題

1.考查方式

(1)已知實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,尋找實(shí)驗(yàn)原因。

(2)已知實(shí)驗(yàn)表格或圖象,尋找物理規(guī)律。

(3)已知實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),算出需要的物理量。

2.必記需要牢記的知識(shí)

(1)認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù),找出原因和結(jié)果兩個(gè)因素。

(2)判斷原因和結(jié)果是相同還是不同,如果不同,其不同點(diǎn)是什么。

(3)關(guān)注物理?xiàng)l件改變與物理現(xiàn)象變化之間的聯(lián)系,尋求數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系的特征。

(4)用自己的語言力求客觀、準(zhǔn)確和簡潔地對探究結(jié)果進(jìn)行表述。

3.解答相關(guān)實(shí)驗(yàn)類問題的答題規(guī)則

(1)如果實(shí)驗(yàn)過程中用到了控制變量法,要寫明這個(gè)探究結(jié)論的前提條件。

(2)若歸納定性結(jié)論,應(yīng)“由表及里,由具體到抽象,由特殊到一般,由個(gè)性到共性”進(jìn)行抽象概括得出結(jié)論。

(3)若是歸納定量結(jié)論,應(yīng)注意從“和、差、積(反比)、商(正比)、平方”等方向?qū)ふ乙?guī)律。

【例題1】(2020蘇州)小明用裝有沙子的帶蓋塑料瓶探究浮力的影響因素。

(1)小明列舉了三個(gè)常識(shí)，分別做出了三個(gè)猜想，其中符合常識(shí)1的是猜想   (填序號(hào))。

(2)為了驗(yàn)證上述猜想是否正確，小明依次做了如下實(shí)驗(yàn)：

①根據(jù)A、B、C的結(jié)果，可得猜想1是   (正確/錯(cuò)誤)的；根據(jù)A、C、D的結(jié)果，可得猜想1是   (正確/錯(cuò)誤)的。深入分析上述現(xiàn)象，可得：浮力大小與   有關(guān)，與浸入液體的深度   ；

②接下來根據(jù)A、D和E   (能/不能)對猜想2進(jìn)行驗(yàn)證；

③為驗(yàn)證猜想3，小明在老師的指導(dǎo)下，將瓶子中的沙子倒掉一些以減小物體密度。接著他仿照步驟D進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)此時(shí)測力計(jì)示數(shù)小于1.8N，便認(rèn)為該猜想是正確的。小明在該實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中存在的問題是   。

【答案】(1)3；(2)①正確；錯(cuò)誤；排開液體的體積；無關(guān)；②能；③沒有測量出此時(shí)瓶子(含有沙子的)重力。

【解析】(1)木頭漂在水面，是因?yàn)槟绢^的密度小于水的密度；鐵釘沉在水底，是因?yàn)殍F的密度大于水的密度，

其中符合常識(shí)1的是與物體的密度有關(guān)，即符合常識(shí)1的是猜想3；

(2)①B、C實(shí)驗(yàn)中(物體在水中的深度不同)，測力計(jì)示數(shù)不同，由稱重法，兩實(shí)驗(yàn)中受到的浮力不同，根據(jù)A、B、C的結(jié)果，可得猜想1是正確的；

而C、D實(shí)驗(yàn)中，浸入液體的深度不同，兩實(shí)驗(yàn)中，測力計(jì)示數(shù)相同，由稱重法，兩實(shí)驗(yàn)中受到的浮力相同，根據(jù)A、C、D的結(jié)果，可得猜想1是錯(cuò)誤的；

B、C實(shí)驗(yàn)中排開液體的體積不同，而C、D實(shí)驗(yàn)中排開液體的體積相同，深入分析上述現(xiàn)象，可得：浮力大小與排開液體的體積有關(guān)，與浸入液體的深度無關(guān)；

②研究浮力與液體的密度有關(guān)，要控制排開液體的體積相同，只改變排開液體的密度，故接下來根據(jù)A、D和E能對猜想2進(jìn)行驗(yàn)證；

③根據(jù)稱重法測浮力，F(xiàn)_浮＝G﹣F，

將瓶子中的沙子倒掉一些以減小物體密度，則此時(shí)瓶子(含有沙子的)重力小于2.8N，為驗(yàn)證猜想3，即浮力與與物體的密度有關(guān)，應(yīng)測量出此時(shí)瓶子(含有沙子的)重力中，故小明在該實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中存在的問題是沒有測量出此時(shí)瓶子(含有沙子的)重力。

【對點(diǎn)練習(xí)】同學(xué)們在認(rèn)識(shí)和研究浮力時(shí)，進(jìn)行了如下的探究．

(1)小華將乒乓球按入水中，松手后，發(fā)現(xiàn)乒乓球豎直上浮，這說明了什么__________

(2)小帥利用水、彈簧測力計(jì)和帶有標(biāo)記線的長方體物塊等器材，進(jìn)行了如圖所示的實(shí)驗(yàn)．

第一點(diǎn)：____________；

第二點(diǎn)：____________。

【答案】(1)浸在水中的乒乓球受到豎直向上的浮力，且浮力大于重力

(2)在研究浮力大小與物體排開液體體積的關(guān)系   理由：由圖知，V_排1＜V_排2＜V_排3；

彈簧測力計(jì)的示數(shù)越小，浮力越大，得F_浮1＜F_浮2＜F_浮3，可知ρ_液不變時(shí)，V_排越大，浮力越大．所以我認(rèn)為他在研究浮力大小與物體排開液體體積的關(guān)系

(3)①小勇的實(shí)驗(yàn)不僅能探究出浮力大小與排開液體體積的關(guān)系，還能探究出浮力大小與液體密度的關(guān)系；②小勇的實(shí)驗(yàn)使用了多種液體，可使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更具有普遍性。

【解析】對浮力問題，課標(biāo)要求達(dá)到認(rèn)識(shí)水平。在探究基礎(chǔ)上來認(rèn)識(shí)。(1)判斷物體的沉浮，需要知道其受力情況。浮力大于重力則上浮。(2)浮力大小與什么因素有關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)可以直接觀察，本題需要考慮與物體自身有關(guān)的物理量。比如質(zhì)量、密度、體積等。(3)選擇實(shí)驗(yàn)器材做實(shí)驗(yàn)，若體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的普遍性，則實(shí)驗(yàn)具有說服力。

【對點(diǎn)練習(xí)】在探究“影響浮力大小的因素”這一問題時(shí)，請你根據(jù)圖所示實(shí)驗(yàn)操作，從中選出一些圖，針對某一個(gè)因素進(jìn)行研究，并通過分析彈簧測力計(jì)的示數(shù)，說明你的探究結(jié)果．

(1)探究的因素是：         ．選用的圖是：      (填圖中的序號(hào))．

(2)小明想探究“物體受到的浮力與其形狀是否有關(guān)”，他找來薄鐵片，燒杯和水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

步驟一：將鐵片放入盛水的燒杯中，鐵片下沉至杯底；

步驟二：將鐵片彎成“碗狀”再放入水中，它漂浮在水面上．

①通過分析可知，第一次鐵片受到的浮力第二次鐵片受到的浮力(選填“大于”、“等于”或“小于”)；

②小明得出：物體受到的浮力與其形狀有關(guān)，小明得出錯(cuò)誤結(jié)論的原因是：他只關(guān)注了鐵片的改變，忽視了           對浮力大小的影響．

【答案】(1)浮力大小與物體排開液體的體積的關(guān)系；①②③或①②④；

(2)①小于；②形狀；排開水的體積．

【解析】(1)要探究浮力大小與多個(gè)變量的關(guān)系，運(yùn)用控制變量法分析解答．

①結(jié)合題意，首先要做出自己的猜想，再根據(jù)猜想運(yùn)用控制變量法判斷出探究的因素；

②根據(jù)猜想選擇可用于探究的實(shí)驗(yàn)步驟，即可得出需要選用的圖．

③運(yùn)用控制變量法得出浮力大小與變量之間的關(guān)系．

(2)利用浮沉條件，步驟一鐵片下沉說明F_浮1＜G，步驟二鐵片漂浮說明F_浮2=G，所以F_浮1＜F_浮2；步驟二把“碗狀”鐵片浮在水面上，沒有全浸入，這樣雖然改變了形狀，但沒有控制排開液體的體積不變，所以得出結(jié)論是不正確的．

A.測物體所受的浮力要利用稱重法，即F_浮=G﹣F_拉，故每次必須要選圖①才行；

若要探究浮力大小與物體排開液體的體積的關(guān)系，應(yīng)控制液體的密度相同，而物體排開液體的體積不同，故應(yīng)選用圖①②③或①②④；

若要探究浮力大小與液體密度的關(guān)系，應(yīng)控制物體排開液體的體積相同，而液體的密度不同，故應(yīng)選用圖①④⑤．

B.①第一次鐵片下沉，說明F_浮1＜G，

第二次鐵片漂浮，說明F_浮2=G，所以F_浮1＜F_浮2；

②本探究實(shí)驗(yàn)把鐵片彎成“碗狀”，改變了形狀，雖然都是水，但兩次排開液體的體積不同，所以得出結(jié)論是不正確的，即：他只關(guān)注了鐵片形狀的改變，忽視了排開水的體積對浮力大小的影響．

1.(2020通遼模擬)某學(xué)習(xí)小組想測量一塊形狀不規(guī)則的小礦石的密度，他們手邊只有以下器材：天平一臺(tái)，但沒有砝碼兩個(gè)質(zhì)量相近的燒杯量筒(其內(nèi)徑略小于礦石塊的尺寸，無法將石塊直接放入其中)

細(xì)線、滴管和足量的水(已知水的密度為ρ_水)，該小組利用上述器材設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案，請你幫助他們完善方案．

實(shí)驗(yàn)方案(主要實(shí)驗(yàn)步驟)：

(1)將兩個(gè)燒杯分別放入天平的兩個(gè)托盤上，各注入適量的水(保證后面的操作中水均不會(huì)從燒杯溢出)，使天平平衡．如果在后面的步驟中要將礦石塊放到左盤上的燒杯內(nèi)，則對左盤燒杯的注水量還應(yīng)有何要求：      ．

(2)向量筒中加入適量的水，記下體積V₁．

(3)手提細(xì)線吊住礦石塊，將它浸沒在左盤的燒杯中，且不與燒杯接觸，用滴管將量筒中的水滴入盤的燒杯中，直到天平平衡．

(4)記下此時(shí)量筒中剩余水的體積V₂．礦石塊所受浮力F_浮=   ．

(5)，再用滴管將量筒中的水滴入右盤的燒杯中，直到天平平衡．

(6)記下量筒中最后剩余水的體積V₃．

(7)礦石塊的密度ρ=    ．

【答案】(1)能夠浸沒石塊；(3)右；(4)ρ_水(V₁﹣V₂)g；(5)松開細(xì)線讓礦石塊沉入杯底；(7)．

【解析】(1)將兩個(gè)燒杯分別放入天平的兩個(gè)托盤上，各注入適量的水(水能夠浸沒石塊)，使天平平衡．

(2)向量筒中加入適量的水，記下體積V₁．

(3)手提細(xì)線吊住礦石塊，將它浸沒在左盤的燒杯中，且不與燒杯接觸，用滴管將量筒中的水滴入右盤的燒杯中，直到天平平衡．

(4)記下此時(shí)量筒中剩余水的體積V₂．由題意知，礦石排開水的體積V=V₁﹣V₂，礦石放在水中，礦石漂浮在水面上，

由阿基米德原理可知，礦石的重力G=F_浮=G_排=ρ_水gV_排=ρ_水g(V₁﹣V₂)，

由G=mg得，礦石的質(zhì)量：m=ρ_水(V₁﹣V₂)，

(5)松開細(xì)線讓礦石塊沉入杯底，再用滴管將量筒中的水滴入右盤的燒杯中，直到天平平衡．

(6)記下量筒中最后剩余水的體積V₃．礦石完全浸沒在水中時(shí)排開水的體積等于礦石的體積，由題意可知，礦石完全浸沒在水中時(shí)，礦石排開水的體積為：V_排′=V₂﹣V₃，即礦石體積V=V₂﹣V₃；

礦石的密度ρ==；

2．(2020山東德州模擬)在“探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，小明用彈簧測力計(jì)、圓柱體、兩個(gè)裝有適量水和鹽水的同樣的燒杯，對浸在液體中的圓柱體所受的浮力進(jìn)行了探究，實(shí)驗(yàn)裝置和每次實(shí)驗(yàn)中彈簧測力計(jì)的示數(shù)如圖所示．請按要求回答下列問題：

(1)比較圖甲、乙可知：乙圖中圓柱體受到的浮力的大小為N．

(2)比較圖乙、丙，說明浮力的大小與      有關(guān)．

(3)通過圖乙和戊的探究，不能得到浮力大小與液體密度是否有關(guān)，原因是．

(4)通過圖中數(shù)據(jù)可知：圓柱體的密度是    kg/m³(取g=10N/kg)．

【答案】(1)0.6；(2)物體排開液體的體積；(3)沒有控制排開液體的體積相同；

(4)1.5×10³．

【解析】(1)由圖甲可知圓柱體的重力，由圖乙可知彈簧測力計(jì)的示數(shù)，根據(jù)稱重法求出圓柱體受到的浮力；

(2)物體所受浮力的大小與排開液體的體積和液體密度有關(guān)，應(yīng)用控制變量法分析圖示實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析答題；

(3)探究浮力與液體密度的關(guān)系，液體的密度不同，其它量相同；

(4)圖丁可知圓柱體浸沒時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)，根據(jù)稱重法求出圓柱體受到的浮力，根據(jù)阿基米德原理表示出排開水的體積即為圓柱體的體積，根據(jù)G=mg和ρ=m/v求圓柱體的密度．

3.(2020河南模擬)實(shí)驗(yàn)探究小組的同學(xué)在學(xué)習(xí)了浮力知識(shí)后，準(zhǔn)備利用所學(xué)知識(shí)測物質(zhì)的密度。他們選用了以下器材：彈簧測力計(jì)、量筒、小木塊、小石塊、待測液體、水、小桶、細(xì)線、裝水的燒杯。

①小剛要測石塊的密度，他擬訂了以下實(shí)驗(yàn)步驟，請你將所缺部分補(bǔ)充完整。

a.將石塊用細(xì)線拴住，吊在彈簧測力計(jì)下，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)G₁。

b.將吊在彈簧測力計(jì)下的石塊浸沒在燒杯中，讀出彈簧測力計(jì)此時(shí)的示數(shù)G₂。

c.求出石塊在水中受到的浮力，F(xiàn)_浮=_____。由阿基米德原理，可求出石塊的體積V_____。

d.利用公式ρ=m/v，可得石塊的密度的表達(dá)式ρ=_________。

②小蘭在小剛實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加了一步，測出了待測液體的密度。小蘭增加的步驟是：___________。待測液體密度的表達(dá)式是ρ=_________。

③小莉提出一個(gè)問題，怎樣測密度比水小的物體的密度(如木塊)？實(shí)驗(yàn)探究小組的同學(xué)經(jīng)過討論，提出了好幾種方案，請你說出至少一種：____________。

【答案】①c.G₁-G₂；；d.；

②將吊在彈簧測力計(jì)下的石塊浸沒在燒杯的待測液體中，讀出彈簧測力計(jì)此時(shí)的示數(shù)G₃。待測液體密度的表達(dá)式是；

③用彈簧測力計(jì)測出木塊的重力G₁；在量杯中裝入適量的水，記下水的體積V₁；將木塊放入水中，用鋼筆尖將木塊壓入水中浸沒，記下水面所對體積V₂

【解析】問題(1)：要求物體的密度，需要知道哪些物理量？答：物體的質(zhì)量和體積。

問題(2)：小剛用彈簧測力計(jì)測出物體的重力，怎樣由重力求物體的質(zhì)量？

答：G=mg，由此可得：m=G/g。

問題(3)：小剛為什么要把石塊浸沒在水中？答：石塊浸沒在水中時(shí)，石塊排開水的體積和石塊體積相等。根據(jù)F=ρV_排g，可以通過浮力間接求出石塊的體積。

問題(4)：要通過浮力求出石塊排開液體的體積，需要知道什么物理量？

答：要知道液體的密度。

問題(5)：密度比水小的物體放在水中靜止時(shí)，受到的浮力和物體重力有何關(guān)系？排開水的體積等于物體體積嗎？

答：密度比水小的物體放在水中靜止時(shí)，受到的浮力等于物體的重力。物體漂浮在水面上，一部分露出水面，排開水的體積小于物體體積。

4．(2020河北模擬)現(xiàn)有一形狀不規(guī)則的木塊，小明同學(xué)用圖甲、乙、丙所示的方法測出了木塊的密度，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

(1)向容器內(nèi)倒入適量的水，水的體積記作V₁

(2)將木塊輕輕放入容器中，液面上升至V₂；

(3)用細(xì)針將木塊按壓，使        ，液面上升至V₃．

請根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出木塊密度ρ=      ．

【答案】

【答案】①大；物體排開液體的體積；②0.3；③丙、丁；④1.2；⑤1.2；⑥等于。

【解析】①由圖知，丙中物體排開水的體積更大，彈簧測力計(jì)的示數(shù)更小，說明受到的浮力更大，且浮力大小與物體排開液體的體積有關(guān)；

②由甲圖知，物體的重力G=3.6N，由圖丁知，彈簧測力計(jì)的示數(shù)為3.3N，可知物體受到的浮力為：F_浮=G﹣F=3.6N﹣3.3N=0.3N；

③圖丙丁，物體都是完全浸沒，排開液體的體積相同，液體的密度不同，測力計(jì)的示數(shù)不同，即所受浮力不同，可知浮力的大小與液體的密度有關(guān)；

④由圖甲知，木塊的重力G=1.2N，因?yàn)槟緣K漂浮，所以F_浮=G=1.2N；

⑤空桶的重力為0.4N，桶和水的總重為1.6N，可知排開水的重力為G_排=G_總﹣G_桶=1.6N﹣0.4N=1.2N；

⑥由④⑤數(shù)據(jù)可知，浮在水上木塊受到的浮力大小等于它排開的水所受的重力。

8.(2020四川廣元模擬)在“測量物質(zhì)的密度”實(shí)驗(yàn)中

(1)用調(diào)節(jié)好的天平測金屬塊質(zhì)量，天平平衡時(shí)砝碼及游碼在標(biāo)尺上的位置如圖甲所示，金屬塊質(zhì)量m

為      g。

(2)用細(xì)線系住金屬塊放入裝有20mL水的量筒內(nèi)，水面如圖乙，則金屬塊體積V為    cm³。

(3)計(jì)算出金屬塊密度ρ＝    g/cm³。

(4)實(shí)驗(yàn)所用細(xì)線會(huì)對測量結(jié)果造成一定誤差，導(dǎo)致測密度值     (選填“偏大”或“偏小”)。

(5)在上面實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用彈簧測力計(jì)和該金屬塊，只需增加一個(gè)操作步驟就能測出圖丙燒杯中鹽水的密度。增加的步驟是：        。

鹽水密度表達(dá)式ρ_鹽水＝      (選用所測物理量符號(hào)表示)。

【答案】(1)m=20g+5g+2g=27g；

(2)V=30cm³-20cm³=10cm³；

(3)金屬塊的密度為：2.7g/cm³；

(4)偏小；

(5)用細(xì)線系住金屬塊，將它完全浸沒到鹽水中，測得彈簧測力計(jì)的示數(shù)為F；

根據(jù)阿基米德原理和浮力得到鹽水密度的表達(dá)式為：

【解析】(1)根據(jù)標(biāo)尺上的分度值讀出游碼上的質(zhì)量；金屬塊的質(zhì)量等于砝碼的總質(zhì)量加上游碼所對的刻度值；(2)金屬塊的體積等于量筒內(nèi)后來的體積數(shù)減去原來的體積數(shù)；(3)利用密度公式計(jì)算金屬塊的密度；(4)所用的細(xì)線會(huì)導(dǎo)致測量的體積偏大；(5)利用彈簧測力計(jì)稱出金屬塊在鹽水中受到的浮力，利用阿基米德原理計(jì)算出鹽水的密度。

9.(2020山西模擬)探究“影響浮力大小的因素”時(shí),小紅做了如圖所示的實(shí)驗(yàn)。請你根據(jù)她的實(shí)驗(yàn)探究,回答下列問題:

(1)比較圖B和C可知,物體受到的浮力大小與排開液體的________有關(guān)。

(2)比較圖C和E可知,物體受到的浮力大小與液體的________有關(guān)。

(3)比較圖C和________可知,浮力的大小與物體浸沒在液體中的深度無關(guān)。

(4)圖E中物體受到浮力大小為________N。

(5)比較圖C和E可知,水對杯底部的壓強(qiáng)________(選填“大于”“小于”或“等于”)酒精對杯底部的壓強(qiáng)。

【答案】(1)體積　(2)密度　(3)圖D(4)0.8(5)大于

【解析】(1)圖B中物體排開液體的體積較小,浮力為4.0N-3.5N=0.5N;

圖C排開液體的體積較大,受到的浮力為4.0N-3.0N=1.0N;

可知物體受到的浮力大小與排開液體的體積有關(guān)。

(2) 圖C中物體完全浸沒在水中,受到浮力為4.0N-3.0N=1.0N;

圖E完全浸沒在酒精中,受到的浮力為4.0N-3.2N=0.8N,可知物體受到的浮力大小與液體

的密度有關(guān)。

(3) 利用控制變量的方法分析,圖C和圖D中,物體都是完全浸沒在水中,液體的密度相同,深度不同,但受到的浮力不變,可知浮力的大小與物體浸沒在液體中的深度無關(guān)。

(4) 利用稱重法求出圖E中物體受到浮力大小為4.0N-3.2N=0.8N。

(5)比較圖C和圖E可知,液體到容器底部的高度相同,水的密度大于酒精的密度,根據(jù)p=ρgh,可知水對杯底部的壓強(qiáng)大于酒精對杯底部的壓強(qiáng)。