1.定義:浸沒在液體(或氣體)中的物體受到向上的力,這個力叫做___________。浮力方向是___________。
2.產生原因:由液體(或氣體)對物體向上和向下的___________,公式為F浮=___________。
3.在探究影響浮力大小的因素實驗中,利用了___________的實驗方法,實驗表明浸在液體中的物體受到浮力的大小跟物體浸入液體中的___________有關,跟液體的___________有關,跟物體浸沒液體中的___________無關。
4.物體的重力為G,則物體受到液體浮力的大小等于物體的重力減去浸在液體中時所稱得的物體的拉力F,F(xiàn)浮=___________。
5.阿基米德原理內容:浸在液體中的物體受到向上的浮力,浮力的大小等于___________。
6.阿基米德原理公式及推導:F浮=___________=___________=___________。阿基米德原理不僅適用于液體,也適用于___________。
【答案】1、浮力;豎直向上;2、壓力差;F向上-F向下;3、控制變量法;體積;密度;質量;4、G-F;5、排開液體的重力;6、G排;m排g;ρ液gV排;氣體。
【例1】
1. 在物理教學研討會上,王老師用自制教具演示了如下實驗:將一只去蓋、去底的飲料瓶的瓶口朝下,把乒乓球(直徑略大于瓶口直徑)放入瓶內并注水,看到有少量水從瓶口流出,此時乒乓球靜止(如圖).然后用手堵住瓶口,一會兒乒乓球浮起來了.以下分析正確的是( )
A. 圖中乒乓球靜止時沒有受到浮力作用
B. 圖中乒乓球靜止時受到的支持力與受到的重力平衡
C. 乒乓球上浮過程中,受到的浮力等于受到的重力
D. 乒乓球上浮過程中,受到的浮力始終不變
【例2】
2. 如圖所示,裝有水的容器靜止放在水平桌面上,正方體物塊M懸浮在水中,其上表面與水面平行,則下列說法中正確的是
A. M上、下表面受到水壓力的合力大于M受到的浮力
B. M上、下表面受到水壓力的合力大小等于M受到的重力大小
C. M上表面受到水的壓力大于M下表面受到水的壓力
D. M上表面受到水的壓力和M下表面受到水的壓力是一對平衡力
【例3】
3. 測量金屬小球沒入水中受到的浮力。在空氣中將小球掛在已調零的彈簧測力計上,彈簧測力計示數為3.6N;手提彈簧測力計使小球浸沒在水中,此時彈簧測力計的示數如圖所示,則彈簧測力計的示數是______N;金屬小球受到的浮力是______N。
【例4】
4. 在用天平測石塊所受浮力的實驗中,小剛先在燒杯中注入適量的水,如圖甲所示,用天平測出燒杯和水的總質量為______g;然后,再把用細線拴好的石塊浸沒在天平左盤上的燒杯內的水中,如圖乙所示,在天平右盤添加適量的砝碼,移動游碼,天平再次平衡。請你根據圖景計算石塊受到的浮力F浮=______N。
【例5】
5. 大國同學清明隨父母去陵園祭掃,為在陵園中長眠的先烈們獻上鮮花.他凝望著烈士紀念碑追思良久,“那么多先烈堅守著讓每一位受壓迫的中國人都能過上有尊嚴的幸福生活的強烈信念,出生入死、不惜獻出自己寶貴的生命!真是令人敬佩!”此情此景,他不禁熱淚盈眶,將手按在胸前下定決心,“作為21世紀的中學生,我要倍加珍惜先烈們用生命換來的幸福生活,銘記歷史發(fā)奮學習,為祖國更加強大、早日實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢而不懈努力!”此時,他的這顆小小少年心裝下的卻是一個大大的中國.壯哉我中國少年!請你利用自來水、電子臺秤、一個底面直徑和高均約為20cm的塑料盆、毛巾,結合自己學過的相關科學知識設計一個實驗來粗略測量自己心臟的體積.(要求:寫出實驗步驟.畫出實驗數據記錄表格)
【例6】
6. 在探究“影響浮力大小的因素”這一問題時,周逸凡為同學們做了如圖所示的一系列實驗。請你從中選出一些圖,并通過分析彈簧測力計的示數,說明你的探究結果。
(1)①、②兩圖中,②圖中彈簧測力計示數較小,說明了_________;
(2)②、③兩圖中,彈簧測力計示數不同。說明浸在同一種液體中的物體所受的浮力大小跟_________有關;
(3)③、⑤兩圖中,彈簧測力計示數不同,說明物體排開等體積的液體時,所受的浮力大小跟________有關;
(4)③、④兩圖中,彈簧測力計示數相同,說明物體浸沒在同種液體中,所受的浮力大小跟_________無關。
【例7】
7. 實驗桌上有彈簧測力計、大燒杯、水、細線、各種符合要求的金屬塊.小華同學要利用這些實驗器材通過實驗證明:金屬塊浸沒在水中時受到浮力的大小與金屬塊的重力無關.他進行了如下實驗:
①把彈簧測力計調零,在大燒杯中裝入適量的水.
②找到兩個質量相等銅塊和鐵塊(),測出重力,并記錄數據.
③分別把銅塊和鐵塊浸沒在水中,用彈簧測力計測出拉力,并記錄數據.
④根據,計算兩個金屬塊受到的浮力.
他發(fā)現(xiàn)兩個金屬塊受到的浮力不相等,于是得出結論:金屬塊浸沒在水中時受到的浮力與金屬塊的重力無關.
根據以上敘述,回答下列問題:
(1)請你評估,小華的實驗存在的兩個問題:
①___________ ;
②_____________.
(2)請你針對小華探究過程中存在的問題,寫出改正措施:______________.
【例8】
8. 實驗桌上有如下器材:彈簧測力計、量筒、燒杯各一個;水、鹽水、細線適量;一大塊橡皮泥;體積相同的銅塊和鐵塊各一塊;體積不同的鐵塊各一塊。要求從實驗桌上選擇適當器材,設計一個方案,探究“浮力的大小與物體密度是否有關”。
(1)從給定的器材中選擇彈簧測力計、燒杯一個、水、細線,除此之外,你還需要的實驗器材有______。
(2)實驗步驟:_____________。
(3)根據可能出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象,得出相應的探究結論:_____________。
【例9】
9. 實驗桌上有滿足實驗需要的如下器材:天平、砝碼、體積不同的鋁塊、細線、大燒杯、量筒、水。請你利用上述器材設計一個實驗證明:浸在水中的物體所受的浮力大小跟物體排開水的體積成正比。請你填寫實驗步驟,畫出實驗數據記錄表( )。
實驗步驟:
(1)在量筒中注入適量的水,讀出此時水的體積V0;將用細線拴好的鋁塊緩慢放入量筒中,使其浸沒在水中,此時量筒中水面對應的刻度值用V表示;將V0、V的數據記在實驗數據記錄表中。
(2)在燒杯中注入適量的水,用調節(jié)好的天平測出燒杯和水的總質量m0;___、__,在天平右盤添加適量的砝碼,移動游碼,天平再次平衡時,天平右盤中砝碼的總質量與游碼所對刻度值之和用m表示,將m0、m的數據記在實驗數據記錄表中。
(3)換用體積不同的鋁塊,仿照步驟(1)、(2)再做5次實驗,依次讀出它們浸沒在量筒的水中時對應的刻度值V的數據;分別測出相應的每個鋁塊懸掛并浸沒在燒杯的水中時m的數據;分別將每次的V、m的數據記在實驗數據記錄表中。
(4)根據___________,___________分別計算出6次的V排和F浮的數據,并分別記在實驗數據記錄表中。
【例10】
10. 浸在液體中的物體所受浮力為F,物體排開液體的體積為V,小明認為:任何情況下,F(xiàn)都與V成正比。請自選器材,設計實驗證明小明的觀點是錯誤的。
【例11】
11. 如圖所示是驗證阿基米德原理的實驗步驟示意圖,依次讀出甲、乙、丙、丁圖中彈簧測力計的示數分別為F1、F2、F3、F4.由四個圖中_______兩個圖的彈簧測力計的示數可以求出石塊受到的浮力;石塊排開液體受到的重力等于________.依據測量物理量,如果滿足關系式________,則可驗證阿基米德原理.(后兩空用測力計示數表示)
【例12】
12. 在彈簧下掛一個小塑料桶,桶下面吊一個小石塊,石塊靜止時彈簧下端的指針指在鐵架臺立柱上的位置A,如圖甲所示。取一個裝滿水的溢水杯,在緩慢地把石塊沒入水中的過程中,從溢水杯中溢出的水全部流到溢水口旁的小空杯里。溢水杯中的水不再溢出時,彈簧的指針指在位置B,如圖乙所示。在把小杯里的水緩慢倒入彈簧下的小桶中的過程中,彈簧又伸長,如圖丙所示。水全部倒入小桶后,彈簧的指針所指的位置相對于位置A會__________(填“偏上”、“偏下”或“重合”)。
【例13】
13. 將物塊豎直掛在彈簧測力計下,在空氣中靜止時彈簧測力計的示數=2.6N,將物塊的一部分浸在水中,靜止時彈簧測力計的示數=1.8N,如圖所示,已知水的密,g取10N/kg求:
(1)物塊受到的浮力
(2)物塊浸在水中的體積.
【例14】
14. 把體積相等的木塊和鐵塊置于水中,木塊浮在水面上,而鐵塊沉入水底.這時它們所受的浮力
A. F木<F鐵B. F木=F鐵C. F木>F鐵D. 無法確定
【例15】
15. 在探究物體所受浮力大小與物體排開液體所受重力大小關系的實驗中,小波的一次操作過程如圖.
實驗步驟:
①用細線將物塊系好,掛在已調零的彈簧測力計掛鉤上,測出物塊所受的重力G物(如圖甲),將數據記錄在表格中;
②將水倒入溢水杯中(如圖乙);
③將掛在彈簧測力計掛鉤上的物塊浸沒在溢水杯內的水中,不接觸溢水杯,同時用小桶收集溢出的水,物塊靜止、待溢水杯中的水不再流出時,讀出彈簧測力計示數F(如圖丙),將數據記錄在表格中;
④將步驟③中裝有溢出水的小桶掛在彈簧測力計掛鉤上,測出小桶和溢出水的總重G總(如圖?。瑢祿涗浽诒砀裰?;
⑤利用F浮=G物-F求出物體所受浮力的大小,并與G總進行比較.
(1)請指出上述步驟中存在的兩個問題:
問題1:______;
問題2:______;
(2)已知水的密度為ρ水,請根據小波測量出的物理量和ρ水及g,寫出計算物塊體積的表達式:V物=______.
【例16】
16. 為驗證阿基米德原理,小明將電子秤放在水平桌面上并調零,然后將溢水杯放到電子秤上,按實驗操作規(guī)范將溢水杯中裝滿水,再用細線系住鋁塊并將其緩慢浸入溢水杯 的水中,如圖所示,鋁塊始終不與溢水杯接觸.則下列四個選項中,判斷正確的是
A. 鋁塊浸沒在水中靜止時與鋁塊未浸入水中時相比,水對溢水杯底的壓力變小
B. 鋁塊浸沒在水中靜止時與鋁塊未浸入水中時相比,水對溢 水杯底的壓強變大
C. 鋁塊浸沒在水中靜止時,繩對鋁塊的拉力等于鋁塊排開水的重力
D. 鋁塊浸沒在水中靜止時與鋁塊未浸入水中時相比,若電子秤示數不變,則驗證了阿基米德原理
【例17】
17. 一彈簧測力計下掛一圓柱體,將圓柱體從盛水的燒杯上方離水面某一高度處緩慢下降,然后將圓柱體逐漸浸入水中,如圖是整個過程中彈簧測力計的示數F與圓柱體下降高度h變化關系的圖像,求:
(1)圓柱體的重力是多少?
(2)圓柱體受到的最大浮力是多少?
(3)圓柱體的密度是多少?
【例18】
18. 如圖甲所示,用細線系著木塊浸沒在水。已知木塊的重力為6N,體積是1dm3。求:
(1)浸沒在水中時,木塊受到的浮力。
(2)木塊所受拉力。
(3)剪斷細線后,木塊的狀態(tài)如圖乙所示,請問木塊露出水面的體積多大。
【例19】
19. 如圖所示,有兩個小球M和N,密度分別為ρM和ρN。圖甲中,細線的一端固定在杯底,另一端拴住小球M使其浸沒在水中靜止;圖乙中,細線的一端固定在杯底,另一端拴住小球N使其浸沒在油中靜止。小球M所受重力為GM,體積為VM;小球N所受重力為GN,體積為VN。小球M和N所受細線的拉力大小相等,所受浮力分別為FM和FN。已知水的密度為ρ水,油的密度為ρ油,且ρ水>ρ油>ρN>ρM,則下列正確的是( )
A. GMVNC. FNFM
【例20】
20. 甲、乙兩個實心金屬球,它們的質量相同,其密度分別是5×103kg/m3和10×103kg/m3.甲球掛在甲彈簧秤下,乙球掛在乙彈簧秤下,并且讓兩金屬球都全部沒入水中,這時( )
A. 甲乙兩球所受浮力之比是2:1B. 甲乙兩球所受浮力之比是1:2
C. 甲乙兩彈簧秤示數之比3:9D. 甲乙兩彈簧秤示數之比是11:12
【練1】
21. 如圖長方體物塊浸沒在水中,所受浮力是10N,下表面受到的壓力是15N,上表面受到的壓力是_______N。
【練2】
22. 在探究浮力問題時,某同學做了如圖所示實驗.測量時彈簧測力計的示數分別是F1、F2、F3和F4.其中符合阿基米德原理敘述的等量關系的是( )
A. Fl>F3>F4>F2B. F1﹣F3=F4﹣F2C. F1+F2=F3+F4D. F1﹣F2=F3﹣F4
【練3】
23. 下列情景中,受到的浮力不變的物體是( )
A. 正在碼頭卸貨的輪船B. 慢慢壓入水中的空礦泉水瓶
C. 逐漸浮出水面的潛水艇D. 海面下正在下潛的海底探測器
【練4】
24. 銅球被繩子吊著浸沒于水中,如圖,設此時受到浮力為F1,現(xiàn)剪斷繩子,銅球下沉過程中受到浮力為F2,當銅球在底部靜止時受到浮力為F3,則( )
A. F1最大B. F2最大C. F3最大D. F1、F2、F3一樣大
【練5】
25. 將一個體育測試用的實心球和一個乒乓球同時沒入水中.放手后發(fā)現(xiàn):實心球沉入水底,而乒乓球浮出水面.如圖所示,比較實心球和乒乓球沒入水中時受到的浮力大小.則( )
A. 實心球受到的浮力大
B. 它們受到的浮力一樣大
C. 乒乓球受到的浮力大
D. 不能確定
【練6】
26. 跳水運動員入水的過程中,他所受浮力F隨深度h變化的關系如圖所示,其中正確的是( )
A. B.
C. D.
【練7】
27. 把木球放入裝滿水的溢水杯中,當球靜止時,木球有的體積露出水面,此時溢出的水為300g,則木球受到的浮力和體積分別為( )(g=10N/kg)
A. 3N,6×10-4m3B. 3N,5×10-4m3
C 0.3N,6×10-4m3D. 30N,5×10-4m3
1.定義:浸沒在液體(或氣體)中的物體受到向上的力,這個力叫做___________。浮力方向是___________。
2.產生原因:由液體(或氣體)對物體向上和向下的___________,公式為F浮=___________。
3.在探究影響浮力大小的因素實驗中,利用了___________的實驗方法,實驗表明浸在液體中的物體受到浮力的大小跟物體浸入液體中的___________有關,跟液體的___________有關,跟物體浸沒液體中的___________無關。
4.物體的重力為G,則物體受到液體浮力的大小等于物體的重力減去浸在液體中時所稱得的物體的拉力F,F(xiàn)浮=___________。
5.阿基米德原理內容:浸在液體中的物體受到向上的浮力,浮力的大小等于___________。
6.阿基米德原理公式及推導:F浮=___________=___________=___________。阿基米德原理不僅適用于液體,也適用于___________。
【答案】1、浮力;豎直向上;2、壓力差;F向上-F向下;3、控制變量法;體積;密度;質量;4、G-F;5、排開液體的重力;6、G排;m排g;ρ液gV排;氣體。
【例1】
1. 在物理教學研討會上,王老師用自制教具演示了如下實驗:將一只去蓋、去底的飲料瓶的瓶口朝下,把乒乓球(直徑略大于瓶口直徑)放入瓶內并注水,看到有少量水從瓶口流出,此時乒乓球靜止(如圖).然后用手堵住瓶口,一會兒乒乓球浮起來了.以下分析正確的是( )
A. 圖中乒乓球靜止時沒有受到浮力作用
B. 圖中乒乓球靜止時受到的支持力與受到的重力平衡
C. 乒乓球上浮過程中,受到的浮力等于受到的重力
D. 乒乓球上浮過程中,受到的浮力始終不變
【答案】A
【解析】
【詳解】A.圖中乒乓球靜止時,雖然有少量水從瓶口流出,但乒乓球下表面受到的壓力小于上表面受到的壓力,所以不受浮力作用,A正確;
B.乒乓球靜止時,受重力、水的壓力和支持力,在這三個力的作用下處于平衡狀態(tài),B錯誤;
CD.乒乓球上浮過程中,露出水面之前受到浮力大于重力;露出水面的過程中,重力不變,浮力減小,當乒乓球漂浮時浮力等于重力.故CD錯誤.
【例2】
2. 如圖所示,裝有水的容器靜止放在水平桌面上,正方體物塊M懸浮在水中,其上表面與水面平行,則下列說法中正確的是
A. M上、下表面受到水壓力的合力大于M受到的浮力
B. M上、下表面受到水壓力的合力大小等于M受到的重力大小
C. M上表面受到水的壓力大于M下表面受到水的壓力
D. M上表面受到水的壓力和M下表面受到水的壓力是一對平衡力
【答案】B
【解析】
【詳解】AD.浮力等于物體上、下表面所受的壓力之差,M上、下表面受到水壓力的合力等于M受到的浮力,故AD錯誤;
B.物塊M懸浮在水中,受到豎直向下的重力和豎直向上的浮力是平衡力,M上、下表面受到水壓力的合力等于浮力,因此M上、下表面受到水壓力的合力的大小等于重力大小,故正確;
C.根據 可知下表面受到的水的壓強大,根據 可求得下表面受到水的壓力比上表面受到水的壓力大,故錯誤.
【例3】
3. 測量金屬小球沒入水中受到的浮力。在空氣中將小球掛在已調零的彈簧測力計上,彈簧測力計示數為3.6N;手提彈簧測力計使小球浸沒在水中,此時彈簧測力計的示數如圖所示,則彈簧測力計的示數是______N;金屬小球受到的浮力是______N。
【答案】 ①. 3 ②. 0.6
【解析】
【詳解】[1]由圖可知,彈簧測力計指針指在3的位置,此時彈簧測力計的示數為3N。
[2]金屬小球的重力G=3.6N,把金屬小球浸沒在水里時,彈簧測力計的示數是F示=3N,金屬小球所受浮力為
F浮=G-F示=3.6N-3N=0.6N
【例4】
4. 在用天平測石塊所受浮力的實驗中,小剛先在燒杯中注入適量的水,如圖甲所示,用天平測出燒杯和水的總質量為______g;然后,再把用細線拴好的石塊浸沒在天平左盤上的燒杯內的水中,如圖乙所示,在天平右盤添加適量的砝碼,移動游碼,天平再次平衡。請你根據圖景計算石塊受到的浮力F浮=______N。
【答案】 ①. 80 ②. 0.33
【解析】
【詳解】[1]天平的讀數為砝碼加上游碼(以左刻線為準)。圖甲中游碼示數為0g,則燒杯和水的總質量為
[2]由圖乙可得當前天平的讀數為
當石塊浸沒在裝水的燒杯中會排開一定量的水,此時圖乙比圖甲多了因放入石塊而排開的水,那么排開水的質量為
根據阿基米德原理計算石塊受到的浮力為
【例5】
5. 大國同學清明隨父母去陵園祭掃,為在陵園中長眠的先烈們獻上鮮花.他凝望著烈士紀念碑追思良久,“那么多先烈堅守著讓每一位受壓迫的中國人都能過上有尊嚴的幸福生活的強烈信念,出生入死、不惜獻出自己寶貴的生命!真是令人敬佩!”此情此景,他不禁熱淚盈眶,將手按在胸前下定決心,“作為21世紀的中學生,我要倍加珍惜先烈們用生命換來的幸福生活,銘記歷史發(fā)奮學習,為祖國更加強大、早日實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢而不懈努力!”此時,他的這顆小小少年心裝下的卻是一個大大的中國.壯哉我中國少年!請你利用自來水、電子臺秤、一個底面直徑和高均約為20cm的塑料盆、毛巾,結合自己學過的相關科學知識設計一個實驗來粗略測量自己心臟的體積.(要求:寫出實驗步驟.畫出實驗數據記錄表格)
【答案】見解析所示
【解析】
【詳解】根據人的心臟與人的拳頭大小相當來進行粗略測量;
(1)實驗步驟:①用盆取適量的水(水量應保證拳頭浸沒后無水從盆中溢出),用調好的電子臺秤測出盆和水的總質量為m1,并將數據記錄在表格中;
②將拳頭豎直向下緩慢地浸沒在水中,不要接觸到盆底和側壁,適當微調拳頭的位置使手腕的橫紋與水面重合,待水面靜止后,記錄電子臺秤示數m2;
③水給拳頭一個向上的浮力,根據力的作用是相互的,拳頭給電子臺秤一個向下的力,力的大小相等,即(m2﹣m1)g=ρ水gV,
拳頭的體積:V=;
(2)根據實驗步驟,設計表格如下:
【例6】
6. 在探究“影響浮力大小的因素”這一問題時,周逸凡為同學們做了如圖所示的一系列實驗。請你從中選出一些圖,并通過分析彈簧測力計的示數,說明你的探究結果。
(1)①、②兩圖中,②圖中彈簧測力計示數較小,說明了_________;
(2)②、③兩圖中,彈簧測力計示數不同。說明浸在同一種液體中的物體所受的浮力大小跟_________有關;
(3)③、⑤兩圖中,彈簧測力計示數不同,說明物體排開等體積的液體時,所受的浮力大小跟________有關;
(4)③、④兩圖中,彈簧測力計示數相同,說明物體浸沒在同種液體中,所受的浮力大小跟_________無關。
【答案】 ①. 物體受到水的浮力 ②. 排開液體的體積 ③. 液體密度 ④. 浸沒深度
【解析】
【詳解】(1)[1]①圖物體在空氣中,②圖物體浸在水中,②的示數較小,說明物體受到了水的浮力作用。
(2)[2]圖②和圖③中,液體的密度相同,排開液體的體積不同,測力計的示數不同,且排開液體的體積越大,測力計的示數越小,浮力越大,說明浮力與物體排開液體的體積有關。
(3)[3]圖③和圖⑤物體排開液體的體積相同,液體的密度不同,測力計的示數不同,可知所受浮力不同,可得浮力大小與液體的密度有關。
(4)[4]圖③和圖④,液體的密度相同,物體浸沒在液體中的深度不同,測力計的示數相同,可知浮力相同,由此可知,浮力大小與物體浸沒在液體中的深度無關。
【例7】
7. 實驗桌上有彈簧測力計、大燒杯、水、細線、各種符合要求的金屬塊.小華同學要利用這些實驗器材通過實驗證明:金屬塊浸沒在水中時受到浮力的大小與金屬塊的重力無關.他進行了如下實驗:
①把彈簧測力計調零,在大燒杯中裝入適量的水.
②找到兩個質量相等銅塊和鐵塊(),測出重力,并記錄數據.
③分別把銅塊和鐵塊浸沒在水中,用彈簧測力計測出拉力,并記錄數據.
④根據,計算兩個金屬塊受到的浮力.
他發(fā)現(xiàn)兩個金屬塊受到的浮力不相等,于是得出結論:金屬塊浸沒在水中時受到的浮力與金屬塊的重力無關.
根據以上敘述,回答下列問題:
(1)請你評估,小華的實驗存在的兩個問題:
①___________ ;
②_____________.
(2)請你針對小華探究過程中存在的問題,寫出改正措施:______________.
【答案】 ①. 沒有改變物體重力G ②. 沒有保持V排不變 ③. 選擇體積相同的多種金屬進行實驗
【解析】
【詳解】(1)步驟②中選擇了兩個質量相等的金屬塊,這樣兩個金屬塊的體積不同,完全浸沒時,排開液體的體積不同,會造成浮力不同,所以應選用體積相同而重力不同的金屬塊;
實驗中只選擇了銅塊和鐵塊,沒有改變物體重力G,這樣實驗結果可能具有偶然性,應該選擇體積相同的多種金屬塊進行實驗,如果浮力都相同,則說明浮力與重力無關;
(2)根據(1)的分析,改正措施應該為:選擇體積相等的多種金屬塊進行實驗.
【例8】
8. 實驗桌上有如下器材:彈簧測力計、量筒、燒杯各一個;水、鹽水、細線適量;一大塊橡皮泥;體積相同的銅塊和鐵塊各一塊;體積不同的鐵塊各一塊。要求從實驗桌上選擇適當器材,設計一個方案,探究“浮力的大小與物體密度是否有關”。
(1)從給定的器材中選擇彈簧測力計、燒杯一個、水、細線,除此之外,你還需要的實驗器材有______。
(2)實驗步驟:_____________。
(3)根據可能出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象,得出相應的探究結論:_____________。
【答案】 ①. 體積相同的銅塊和鐵塊 ②. 見解析所示 ③. 比較F浮1與F浮2的大小,如果相等,則浮力與物體密度無關;若不等,則浮力與物體密度有關
【解析】
【分析】
【詳解】(1)[1]要探究浮力的大小與物體的密度是否有關,應控制物體的體積相同,故還需要的實驗器材有體積相同的銅塊和鐵塊。
(2)[2]實驗中要用稱重法測出物體所受浮力的大小,即先測出物體的重力,再測出物體在液體中所受彈簧測力計的拉力的大小,最后求出物體所受浮力大小,故實驗步驟如下:①用線拴好銅塊掛在彈簧測力計下,測出銅塊的重G1;
②將銅塊浸沒在水中,讀出彈簧測力計的示數F1,求出銅塊受到的浮力為
F浮1=G1﹣F1
③將銅塊換成鐵塊,重復步驟①②,用彈簧測力計測出鐵塊浸沒在水中受到的浮力為
F浮2=G2﹣F2
(3)[3]比較F浮1與F浮2的大小,如果相等,則浮力與物體密度無關,若不等,則浮力與物體密度有關。
【例9】
9. 實驗桌上有滿足實驗需要的如下器材:天平、砝碼、體積不同的鋁塊、細線、大燒杯、量筒、水。請你利用上述器材設計一個實驗證明:浸在水中的物體所受的浮力大小跟物體排開水的體積成正比。請你填寫實驗步驟,畫出實驗數據記錄表( )。
實驗步驟:
(1)在量筒中注入適量的水,讀出此時水的體積V0;將用細線拴好的鋁塊緩慢放入量筒中,使其浸沒在水中,此時量筒中水面對應的刻度值用V表示;將V0、V的數據記在實驗數據記錄表中。
(2)在燒杯中注入適量水,用調節(jié)好的天平測出燒杯和水的總質量m0;___、__,在天平右盤添加適量的砝碼,移動游碼,天平再次平衡時,天平右盤中砝碼的總質量與游碼所對刻度值之和用m表示,將m0、m的數據記在實驗數據記錄表中。
(3)換用體積不同的鋁塊,仿照步驟(1)、(2)再做5次實驗,依次讀出它們浸沒在量筒的水中時對應的刻度值V的數據;分別測出相應的每個鋁塊懸掛并浸沒在燒杯的水中時m的數據;分別將每次的V、m的數據記在實驗數據記錄表中。
(4)根據___________,___________分別計算出6次的V排和F浮的數據,并分別記在實驗數據記錄表中。
【答案】 ①.
②. 見解析 ③. 鋁塊不接觸燒杯 ④. V排=V-V0 ⑤. F浮=mg-m0g【解析】
【詳解】(1)[1]實驗中,需要用到的數據都要記錄在實驗數據記錄表中,實驗數據有量筒中水的體積V0,鋁塊浸入水后的體積V,鋁塊排出水的體積為V排,燒杯和水的質量m0,鋁塊放入燒杯且浸沒在水中的質量為m,鋁塊受到的浮力F浮,故實驗數據記錄表,如下所示:
(2)[2][3]測出燒杯和水的總質量以后,再將用細線拴好的鋁塊懸掛并浸沒在天平左盤上的燒杯內的水中,期間鋁塊不能接觸燒杯體,用天平測出鋁塊懸掛后的質量為m。
(4)[4]鋁塊排出水的體積等于鋁塊浸沒在水中的體積減去原來量筒中水的體積,即為
V排=V-V0
[5]根據稱重法測浮力可得,鋁塊受到的浮力等于
F浮=G鋁-F拉
由題意可知,燒杯和水的受到的重力為
G水+G杯=m0g……①
鋁塊放入水中,受到的重力為
G水+G杯+G鋁-F拉=mg……②
聯(lián)立①②,解得
G鋁-F拉=mg-m0g
即,鋁塊受到的浮力為
F浮=mg-m0g
例10】
10. 浸在液體中的物體所受浮力為F,物體排開液體的體積為V,小明認為:任何情況下,F(xiàn)都與V成正比。請自選器材,設計實驗證明小明的觀點是錯誤的。
【答案】見解析
【解析】
【詳解】影響浮力大小的因素有兩個:液體的密度和排開液體的體積。
小明認為:任何情況下,浮力F都與排開液體的體積V成正比,可以通過改變液體密度的方法來證明小明的觀點是錯誤的。
實驗步驟:
①將掛在彈簧測力計掛鉤上的鋁塊浸沒在A容器的酒精中,鋁塊排開酒精的體積為鋁塊的體積V1,記錄此時測力計的示數為F。
②將鋁塊從酒精中取出后擦干,再掛在測力計下慢慢浸入B容器中的水中,當測力計示數為F時,發(fā)現(xiàn)鋁塊沒有全部浸入水中,即鋁塊排開水的體積V2<V1。
這個實驗證明鋁塊受到的浮力與鋁塊排開的體積不成正比,所以,小明的觀點是錯誤的。
【例11】
11. 如圖所示是驗證阿基米德原理的實驗步驟示意圖,依次讀出甲、乙、丙、丁圖中彈簧測力計的示數分別為F1、F2、F3、F4.由四個圖中_______兩個圖的彈簧測力計的示數可以求出石塊受到的浮力;石塊排開液體受到的重力等于________.依據測量物理量,如果滿足關系式________,則可驗證阿基米德原理.(后兩空用測力計示數表示)
【答案】 ①. 甲乙 ②. F4- F3 ③. F1- F2= F4- F3
【解析】
【詳解】(1)根據稱重法的原理可知:根據甲、乙圖彈簧測力計的示數差,可以求出石塊受到的浮力為;F浮=F1-F2;
(2)如圖丙為空桶的重,丁為排開水和桶的總重,所以丙、丁圖彈簧測力計的示數可以求出石塊排開液體受到的重力為:G排=F4-F3;
(3)根據阿基米德原理:物體所受浮力與排開液體所受到的重力;
所以如果F1-F2=F4-F3成立,則可驗證阿基米德原理.
【例12】
12. 在彈簧下掛一個小塑料桶,桶下面吊一個小石塊,石塊靜止時彈簧下端的指針指在鐵架臺立柱上的位置A,如圖甲所示。取一個裝滿水的溢水杯,在緩慢地把石塊沒入水中的過程中,從溢水杯中溢出的水全部流到溢水口旁的小空杯里。溢水杯中的水不再溢出時,彈簧的指針指在位置B,如圖乙所示。在把小杯里的水緩慢倒入彈簧下的小桶中的過程中,彈簧又伸長,如圖丙所示。水全部倒入小桶后,彈簧的指針所指的位置相對于位置A會__________(填“偏上”、“偏下”或“重合”)。
【答案】重合
【解析】
【詳解】因為小石塊浸在水中受到浮力作用而對彈簧的拉力減小,而小石塊受到的浮力大小等于它排開水的重力,所以將排開的水再倒入彈下的小桶中,彈簧的指針會回到原來的位置。
【例13】
13. 將物塊豎直掛在彈簧測力計下,在空氣中靜止時彈簧測力計的示數=2.6N,將物塊的一部分浸在水中,靜止時彈簧測力計的示數=1.8N,如圖所示,已知水的密,g取10N/kg求:
(1)物塊受到的浮力
(2)物塊浸在水中的體積.
【答案】(1)0.8N(2)8×10-5m3
【解析】
【詳解】(1)根據稱重法,物塊受到的浮力:F浮=F1-F2=2.6N-1.8N=0.8N;
(2)由 可得物塊浸在水中的體積:.
【例14】
14. 把體積相等的木塊和鐵塊置于水中,木塊浮在水面上,而鐵塊沉入水底.這時它們所受的浮力
A. F木<F鐵B. F木=F鐵C. F木>F鐵D. 無法確定
【答案】A
【解析】
【詳解】∵,∴放入水中后,木塊漂浮、鐵塊下沉,∵鐵塊和木塊體積相等,∴鐵塊排開水的體積比木塊排開水的體積大,∵,∴鐵塊受到水的浮力比木塊受到水的浮力大,即:.
【例15】
15. 在探究物體所受浮力大小與物體排開液體所受重力大小關系的實驗中,小波的一次操作過程如圖.
實驗步驟:
①用細線將物塊系好,掛在已調零的彈簧測力計掛鉤上,測出物塊所受的重力G物(如圖甲),將數據記錄在表格中;
②將水倒入溢水杯中(如圖乙);
③將掛在彈簧測力計掛鉤上的物塊浸沒在溢水杯內的水中,不接觸溢水杯,同時用小桶收集溢出的水,物塊靜止、待溢水杯中的水不再流出時,讀出彈簧測力計示數F(如圖丙),將數據記錄在表格中;
④將步驟③中裝有溢出水的小桶掛在彈簧測力計掛鉤上,測出小桶和溢出水的總重G總(如圖?。?,將數據記錄在表格中;
⑤利用F浮=G物-F求出物體所受浮力的大小,并與G總進行比較.
(1)請指出上述步驟中存在的兩個問題:
問題1:______;
問題2:______;
(2)已知水的密度為ρ水,請根據小波測量出的物理量和ρ水及g,寫出計算物塊體積的表達式:V物=______.
【答案】 ①. 溢水杯未裝滿,則溢出到小桶中的水所受的重力小于物塊排開的水所受的重力 ②. 沒有測量空桶所受的重力,所以不能得到物塊排開的水所受的重力 ③.
【解析】
【詳解】(1)[1]物體放入水中前,溢水杯應該是滿水的,否則小桶內所盛的水將小于物體排開水的體積;
[2]排開水的重力G排等于桶與水的總重力G2減去空桶的重力G1,即:
G排=G2-G1,
由實驗步驟知實驗中沒有測量空桶的重力;
(2)[3]由實驗知:
F浮=G排=m排g=ρ水V排g
根據稱重法,浮力等于鐵塊重力G減去鐵塊浸沒在水中時彈簧測力計的示數F,即:
F浮=G物-F;
物體的體積等于排開液體的體積:
V=V排==.
【例16】
16. 為驗證阿基米德原理,小明將電子秤放在水平桌面上并調零,然后將溢水杯放到電子秤上,按實驗操作規(guī)范將溢水杯中裝滿水,再用細線系住鋁塊并將其緩慢浸入溢水杯 的水中,如圖所示,鋁塊始終不與溢水杯接觸.則下列四個選項中,判斷正確的是
A. 鋁塊浸沒在水中靜止時與鋁塊未浸入水中時相比,水對溢水杯底的壓力變小
B. 鋁塊浸沒在水中靜止時與鋁塊未浸入水中時相比,水對溢 水杯底的壓強變大
C. 鋁塊浸沒在水中靜止時,繩對鋁塊的拉力等于鋁塊排開水的重力
D. 鋁塊浸沒在水中靜止時與鋁塊未浸入水中時相比,若電子秤示數不變,則驗證了阿基米德原理
【答案】D
【解析】
【詳解】A.鋁塊浸沒在水中靜止時與鋁塊未浸入水中時相比,溢水杯中水的深度不變,根據公式p=ρgh可知,水對溢水杯底的壓強不變,由壓強公式F=pS可知,水對溢水杯底的壓力不變,故A錯誤.
B.鋁塊浸沒在水中靜止時與鋁塊未浸入水中時相比,溢水杯中水的深度不變,根據公式p=ρgh可知,水對溢水杯底的壓強不變,故B錯誤.
C.鋁塊浸沒在水中靜止時,繩對鋁塊的拉力F拉=G-F浮,故C錯誤.
D.鋁塊浸沒在水中靜止時與鋁塊未浸入水中時相比,若電子秤示數不變,則說明鋁塊受到的浮力等于排開水的重力,驗證了阿基米德原理,故D正確.
答案為D.
【例17】
17. 一彈簧測力計下掛一圓柱體,將圓柱體從盛水的燒杯上方離水面某一高度處緩慢下降,然后將圓柱體逐漸浸入水中,如圖是整個過程中彈簧測力計的示數F與圓柱體下降高度h變化關系的圖像,求:
(1)圓柱體的重力是多少?
(2)圓柱體受到的最大浮力是多少?
(3)圓柱體的密度是多少?
【答案】(1)12N;(2)8N;(3)1.5×103kg/m3
【解析】
【詳解】解:(1)由圖可知,圓柱體沒有接觸水面時,圓柱體的重力大小等于彈簧測力計對圓柱體的拉力
G=F=12N
(2)由圖可知,當圓柱體下降高度為7cm時,圓柱體剛好浸沒,圓柱體受到的浮力最大,此時彈簧測力計的示數為4N,則最大浮力為
F浮最大=G-F=12N-4N=8N
(3)由G=mg可得,圓柱體的質量為
圓柱體的體積等于圓柱體浸沒時排開水的體積,根據阿基米德原理F浮=ρgV排可得
則圓柱體的密度為
答:(1)圓柱體的重力是12N;
(2)圓柱體受到的最大浮力是8N;
(3)圓柱體的密度是1.5×103kg/m3。
【例18】
18. 如圖甲所示,用細線系著木塊浸沒在水。已知木塊的重力為6N,體積是1dm3。求:
(1)浸沒在水中時,木塊受到的浮力。
(2)木塊所受的拉力。
(3)剪斷細線后,木塊的狀態(tài)如圖乙所示,請問木塊露出水面的體積多大。
【答案】(1)10N;(2)4N;(3)0.4dm3
【解析】
【詳解】解:(1)根據浮力的計算公式可得,浸沒在水中時,木塊受到的浮力為
(2)由力的平衡條件可知,木塊所受的拉力為
F拉=F浮-G=10N-6N=4N
(3)因為木塊浸沒在水中時的浮力大于木塊的重力,所以剪斷細線后,木塊會上浮直至漂浮在水面上,由于漂浮,所以
此時排開水的體積為
露出水面的體積為
答:(1)浸沒在水中時,木塊受到的浮力為10N;
(2)木塊所受的拉力為4N;
(3)剪斷細線后,木塊的狀態(tài)如圖乙所示,請問木塊露出水面的體積為0.4dm3。
【例19】
19. 如圖所示,有兩個小球M和N,密度分別為ρM和ρN。圖甲中,細線的一端固定在杯底,另一端拴住小球M使其浸沒在水中靜止;圖乙中,細線的一端固定在杯底,另一端拴住小球N使其浸沒在油中靜止。小球M所受重力為GM,體積為VM;小球N所受重力為GN,體積為VN。小球M和N所受細線的拉力大小相等,所受浮力分別為FM和FN。已知水的密度為ρ水,油的密度為ρ油,且ρ水>ρ油>ρN>ρM,則下列正確的是( )
A. GMVNC. FNFM
【答案】AD
【解析】
【詳解】甲乙圖中小球M和N所受細線的拉力大小為小球所受浮力減去小球所受重力即
TM= FM-GM=ρ水gVM-ρM gVM=(ρ水-ρM)gVM
TN= FN-GN=ρ油gVN-ρN gVN=(ρ油-ρN)gVN
小球M和N所受細線的拉力大小相等TM= TN,所以
(ρ水-ρM)gVM=(ρ油-ρN)gVN
B.因
ρ水>ρ油>ρN>ρM
所以
(ρ水-ρM)>(ρ油-ρN)
所以VMρM,VM

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