
解決專題問題策略
重點實驗1:探究浮力大小與哪些因素有關的實驗
說明:
1.比較圖B和C可知,物體受到的浮力大小與排開液體的體積有關。
2.比較圖C和E可知,物體受到的浮力大小與液體的密度有關。
3.比較圖C和圖D可知,浮力的大小與物體浸沒在液體中的深度無關。
4.圖E中物體受到浮力大小為0.8N。
5.比較圖C和E可知,水對杯底部的壓強大于酒精對杯底部的壓強。
重點實驗2:驗證阿基米德原理實驗
a b c d
說明:
1.實驗更合適的操作順序是:b、 a 、c 、d。
2.實驗中溢水杯倒水必須有水溢出后才能做實驗,否則會出現浮力大于物體排開水的重力.
3.此實驗彈簧測力計的示數關系是:Fa-Fc=Fd-Fb
4.實驗結論:物體受到的浮力等于物體排開液體的重力.
數學表達式:F?。紾排=ρ液gV排。
5.注意事項:
(1)實驗選取的石塊、彈簧測力計、燒杯的規(guī)格一定要恰當,以便測量順利的進行,比如:石塊、木塊太大而放不進燒標中;
(2)測量各種力時,彈簧測力計一定要在裝置整體靜止時讀取結果,并注意量程和分度值;
(3)操作過程中將石塊放入液體中時一定要輕、要小心,以免碰到杯壁將杯打破或將水溢出,造成不應有的失誤甚至傷害到人。
中考典型例題解析
【例題1】(2021大連二模)小雪在學習了阿基米德原理之后,在家里自己動手制作了如圖所示的裝置,他想通過這個裝置來驗證阿基米德原理的正確性,以下是他的實驗過程:
①在彈簧下方掛著一個空小桶,并在小筒的下方掛上重物G;
②將一水杯放在升降機上,像溢水杯中裝滿水,調節(jié)升降機高度至水面,剛好到達重物G下表面;
③記錄彈簧下端指針所指的刻度尺的位置L1;
④緩慢升高升降機,讓重物G完全浸沒入水中后,繼續(xù)升高溢水杯到某一高度,用小燒杯A承接溢出的水,同時記錄指針所指位置L2;
⑤保持升降機的位置不動,將燒杯A中的水倒入空桶中,同時記錄此時指針所在位置L3,(整個過程重物G始終沒有碰到溢水杯底部)。
(1)在實驗④的過程中,彈簧的拉力變化曲線如下圖所示,正確的是
(2)小雪將燒杯A中的水倒入空桶中,通過 現象,證明阿基米德原理成立。
(3)實驗④⑤過程中,重物G的高度變化情況是如下圖,正確的是
(4)你認為這樣設計實驗的好處是 。
【答案】(1)B;(2)L3=L1;(3)C;(4)減小誤差。
【解析】(1)根據稱重法可知,彈簧拉力F=G﹣F浮;
根據F?。溅岩篻V排可知,隨著升降機升高,重物G浸入水中的體積越來越大,其受到的浮力變大,則拉力F變小,當重物G浸沒后,浮力保持不變,則拉力也保持不變,故B圖象符合。
(2)在步驟③中,彈簧受到的拉力F=G,指針所指的刻度尺位置L1;
由于將燒杯A中的水倒入空桶中,則彈簧受到的拉力F′=G﹣F浮+G排,若指針所在位置L3與位置L1相同,則拉力F′=F,則說明F?。紾排,這樣即可證明阿基米德原理成立。
(3)實驗④過程中,隨升降機的升高,重物G受到的浮力變大,拉力減小,重物G的高度也升高,當重物G浸沒后,浮力保持不變,重物G的高度不再變化;
實驗⑤過程中,將燒杯A中的水倒入空桶中,由于彈簧受到的拉力變大,重物G隨著彈簧的伸長物G的高度下降,當燒杯A中的水全部倒入空桶中,重物G的高度又回到原來的高度;故圖象C符合;
(4)改進后的優(yōu)點減小誤差。
【例題2】(2021山東東營二模)如圖所示,物理興趣小組用金屬塊研究浮力的實驗。
(1)金屬塊浸沒在水中時,受到的浮力是 N。
(2)比較 (填字母代號)三圖可得出結論:金屬塊受到的浮力大小與其排開液體的體積有關。
(3)比較 (填字母代號)三圖可得出結論:金屬塊受到的浮力大小與其浸沒在液體中的深度無關。
(4)金屬塊的密度為 kg/m3。
(5)在實驗中,排除測量誤差因素的影響,興趣小組發(fā)現金屬塊排開水的重力明顯小于所受的浮力,請指出實驗操作中可能造成這種結果的原因: 。
(6)糾正了錯誤,繼續(xù)實驗,興趣小組得出結論:物體所受浮力的大小等于它排開液體所受的重力。有同學對此結論提出質疑,他認為僅采用浸沒的金屬塊做實驗不具備普遍性,使用漂浮的蠟塊做實驗未必遵循以上結論。針對這個質疑,實驗室提供了如下器材:彈簧測力計、蠟塊、細線、量筒、燒杯、小木塊、小桶、輕質塑料袋(質量可忽略)、適量的水。請你根據需要選擇器材并設計實驗,研究使用漂浮的蠟塊做實驗是否遵循興趣小組所得出的結論。
實驗器材: ;
實驗步驟: ;
分析與論證: 。
【答案】(1)1;(2)ABC(ABD);(3)ACD;(4)2.7×103;(5)溢水杯沒有裝滿水;
(6)實驗器材:小木塊、彈簧測力計、蠟塊、細線、小桶、水;
實驗步驟:
①用測力計測量出空小桶的重力G桶;
②將木塊墊在燒杯下一側作為溢水杯用,將燒杯內裝滿水,
③將蠟用細線拴好,用測力計測量出蠟塊的重力G,
④將蠟塊取下輕輕放入燒杯內的水中,用小桶接排開的水,
用測力計測量出空小桶的和水的總重力G桶總;
分析與論證:
根據漂浮的特點,蠟塊的重力G即其受到的浮力,
G桶總﹣G桶即為排開水的重力,
比較G與G桶總﹣G桶的大小,若相等,則得出使用漂浮的蠟塊做實驗遵循以上結論;否則不遵循以上結論。
【解析】(1)由圖A、C(或D),金屬塊浸沒在水中時受到的浮力:
F浮=G﹣F示=2.7N﹣1.7N=1N;
(2)研究金屬塊受到的浮力大小與其排開液體的體積有關,要控制排開液體的密度相同,
B、C兩圖中物體浸入的是同種液體,液體的密度是一定的,C圖中物體排開水的體積比較大;
C圖中物體受到的浮力等于:2.7N﹣1.7N=1N,B圖中物體受到的浮力等于:2.7N﹣2.2N=0.5N。
由此得出:在液體的密度一定時,物體排開液體的體積變大時,物體受到的浮力就會變大,由此說明金屬塊受到的浮力大小與其排開液體的體積有關;
(3)研究金屬塊受到的浮力大小與其浸沒在液體中的深度的關系,要控制排開液體的密度和體積相同,故
比較 ACD三圖可得出結論:金屬塊受到的浮力大小(大小相同)與其浸沒在液體中的深度無關;
(4)金屬塊浸沒在水中時受到的浮力:
F?。?N;根據阿基米德原理,F浮=ρ水gV排=ρ水gV物=1N;
故金屬塊的密度:
ρ==×ρ水=×1.0×103kg/m3=2.7×103kg/m3;
(5)在實驗中,排除測量誤差因素的影響,興趣小組發(fā)現金屬塊排開水的重力明顯小于所受的浮力,可能造成這種結果的原因:溢水杯沒有裝滿水,造成溢出水的體積小于排開水的體積:
(6)實驗器材:小木塊、彈簧測力計、蠟塊、細線、小桶、水;
實驗步驟:
①用測力計測量出空小桶的重力G桶;
②將木塊墊在燒杯下一側作為溢水杯用,將燒杯內裝滿水,
③將蠟塊用細線拴好,用測力計測量出蠟塊的重力G,
④將蠟塊取下輕輕放入燒杯內的水中,用小桶接排開的水,
用測力計測量出空小桶的和水的總重力G桶總;
分析與論證
根據漂浮的特點,蠟塊的重力G即其受到的浮力,
G桶總﹣G桶即為排開水的重力,
比較G與G桶總﹣G桶的大小,若相等,則得出使用漂浮的蠟塊做實驗遵循以上結論;否則不遵循以上結論
臨門一腳預測練
1.(2020四川樂山)物理興趣小組在進行“探究浮力的大小與哪些因素有關”實驗中,用彈簧測力計掛著一實心圓柱體,以下圖a、b、c、d、e分別為實驗情景。(g取10N/kg)
(1)通過a、c兩次實驗,可知物體浸沒在水中所受浮力大小是______N;
(2)通過______兩次實驗,可探究物體所受浮力大小與浸沒深度的關系;
(3)通過c、e兩次實驗,可探究物體所受浮力大小與______的關系;
(4)在某種液體中進行探究的過程中,記錄實驗數據,得到如圖f所示彈簧測力計讀數與圓柱體下表面浸入深度的關系圖像,則該液體的密度為______kg/m3。
【答案】 (1)0.5 (2)c、d (3) 液體密度 (4) 0.8×103
【解析】(1)由a、c兩次實驗中測力計示數可知,物體浸沒在水中所受的浮力為
F浮水=G-Fc=2N-1.5N=0.5N
(2)由圖c、d所示實驗可知,物體排開液體的種類與物體排開液體的體積都相同而物體浸入液體的深度不同,這兩次實驗可以探究物體浸沒在水中時受到的浮力大小與浸沒深度是否有關。
(3)由圖c、e所示實驗可知,物體排開液體的體積相同而液體密度不同,該實驗可以探究浮力大小與液體密度的關系。
(4)實驗步驟c中,物體受到的浮力為
F浮c=G-Fc=2N-1.5N=0.5N
實驗步驟e中,物體受到的浮力為
F浮e=G-Fe=2N-1.6N=0.4N
因物體均浸沒,所以V排水=V排液
根據阿基米德原理
所以該液體的密度為
2.(2020貴州畢節(jié))如圖所示是探究浮力的大小跟排開液體所受重力的關系實驗。
(1)把物體慢慢浸入水中直到全部沒入的過程中,物體受到的浮力逐漸變_____(填“大”或“小”);
(2)物體浸沒在裝滿水的溢水杯后,水會流入空桶中,各步驟中彈簧測力計的示數已在圖中標明,通過實驗可得:F?。紾排=_____N。
【答案】 (1) 大 (2) 1
【解析】(1)當物體慢慢浸入水中,排開的體積逐漸變大,由F?。溅阉甮V排可知,物體受到的浮力逐漸變大。
(2)若溢水杯裝滿水,則戊圖與甲圖測力計的讀數差應該與物體實際所受浮力大小相等,即
F?。紾排=1.5N﹣0.5N=1N
3.(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)小明列舉了三個常識,分別做出了三個猜想,其中符合常識1的是猜想 (填序號)。
(2)為了驗證上述猜想是否正確,小明依次做了如下實驗:
①根據A、B、C的結果,可得猜想1是 (正確/錯誤)的;根據A、C、D的結果,可得猜想1是 (正確/錯誤)的。深入分析上述現象,可得:浮力大小與 有關,與浸入液體的深度 ;
②接下來根據A、D和E (能/不能)對猜想2進行驗證;
③為驗證猜想3,小明在老師的指導下,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進行實驗,發(fā)現此時測力計示數小于1.8N,便認為該猜想是正確的。小明在該實驗環(huán)節(jié)中存在的問題是 。
【答案】(1)3;(2)①正確;錯誤;排開液體的體積;無關;②能;③沒有測量出此時瓶子(含有沙子的)重力。
【解析】(1)木頭漂在水面,是因為木頭的密度小于水的密度;鐵釘沉在水底,是因為鐵的密度大于水的密度,
其中符合常識1的是與物體的密度有關,即符合常識1的是猜想3;
(2)①B、C實驗中(物體在水中的深度不同),測力計示數不同,由稱重法,兩實驗中受到的浮力不同,根據A、B、C的結果,可得猜想1是正確的;
而C、D實驗中,浸入液體的深度不同,兩實驗中,測力計示數相同,由稱重法,兩實驗中受到的浮力相同,根據A、C、D的結果,可得猜想1是錯誤的;
B、C實驗中排開液體的體積不同,而C、D實驗中排開液體的體積相同,深入分析上述現象,可得:浮力大小與排開液體的體積有關,與浸入液體的深度無關;
②研究浮力與液體的密度有關,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A、D和E能對猜想2進行驗證;
③根據稱重法測浮力,F?。紾﹣F,
將瓶子中的沙子倒掉一些以減小物體密度,則此時瓶子(含有沙子的)重力小于2.8N,為驗證猜想3,即浮力與與物體的密度有關,應測量出此時瓶子(含有沙子的)重力中,故小明在該實驗環(huán)節(jié)中存在的問題是沒有測量出此時瓶子(含有沙子的)重力。
4.(2020湖北黃岡)木塊在水中漂浮,鐵塊在水中下沉?浮力的大小是否跟物體的密度有關呢?興趣小組同學用溢水杯、質量不計的薄壁玻璃瓶、若干完全相同的透明塑料杯、水、濃鹽水、蜂蜜、食鹽、細沙等器材進行了如下實驗:
第一步∶往玻璃瓶里裝滿水并擰緊蓋子;
第二步∶把玻璃瓶放人裝水的溢水杯中,用塑料杯接住溢出來的水(如圖);
第三步∶將玻璃瓶里的物質分別換成濃鹽水、蜂蜜、食鹽、細沙并裝滿,重復以上實驗;
第四步∶比較每次溢出來水的體積?
請回答下列問題∶
(1)溢水杯里水的多少應該以______為準?
(2)若每次溢出來水的體積_____,則初步說明物體所受的浮力與物體的密度無關,否則與物體的密度有關?
(3)本實驗是通過比較每次溢出來水的體積來比較浮力,這里運用了______的思想方法,其依據是______?
【答案】 (1)裝滿水 (2)相等 (3)轉換 阿基米德原理
【解析】(1)實驗采用溢水杯的作用是溢水杯內裝滿水,讓物體浸入溢水杯,水會從溢水杯中排出,所以,溢水杯里水的多少應該以裝滿水為準。
(2)由題意知,物體所受的浮力與物體的密度無關,否則與物體的密度有關?如果每次溢出來水的體積相同,則說明物體所受的浮力與物體的密度無關;如果每次溢出來水的體積不相同,物體所受的浮力與物體的密度有關。
(3)要探究浮力的大小與物體密度的關系,根據阿基米德原理,物體所受浮力的大小等于排開水的重力,水的密度是固定的根據,所以判斷每次溢出來水的體積是否相等。本實驗是通過比較每次溢出來水的體積來比較浮力,這里運用了轉換的思想方法,其依據是阿基米德原理。
5.(2021河北衡水三模)在“探究影響浮力大小因素”的實驗中,一組同學提出了4種猜想.
小華:浮力大小與液體密度有關;
小紅:浮力大小與物體浸入液體的體積有關;
冬冬:浮力大小與物體所受的重力有關;
玲玲:浮力大小與物體的形狀有關.
他們找來了體積相同的A、B兩塊實心金屬塊、彈簧測力計、一杯水、一杯鹽水、細繩等儀器.按照圖中所示規(guī)范地完成了實驗,記錄了如表所示的實驗數據
觀察表中數據,回答下列問題:
(1)根據表格中實驗數據,可知A物體浸在液體中的體積為60cm3時,物體A所受浮力大小為 N;表格中標有“△”的位置的數據應該是 ;
(2)通過分析比較第 次實驗數據,能夠說明小華同學的猜想是正確的;分析比較第 次實驗數據,能夠說明小紅同學的猜想是正確的;
(3)為了驗證冬冬同學的猜想,他們選擇了第 次實驗數據,他們發(fā)現浮力大小與物體所受的重
力 (選填“無關”或“有關”);
(4)要驗證玲玲的猜想,同學們又找來了一塊橡皮泥,他們把橡皮泥捏成不同形狀,先后放入水中,發(fā)現有的漂浮在水面上,有的下沉.他們由此得出結論:浮力的大小與物體的形狀有關.請指出他們實驗方法的錯誤之處: .
【答案】(1)0.6;3.8;(2)3、4;1、2、3;(3)4、5;無關;(4)沒有控制橡皮泥浸入液體的體積相同.
【解析】(1)A物體浸在液體中的體積為60cm3時,測力計示數為4.4N,則物體A所受浮力大小為F浮=5N﹣4.4N=0.6N;
測力計的分度值為0.2N,則其示數為3N;
(2)探究浮力大小與液體密度有關時,應控制排開的液體的體積相同,液體密度不同,故應分析3、4數據;由實驗數據可知,密度不同,浮力不同,故小華的說法是正確的;
探究浮力大小與排開的液體的體積有關時,應控制密度相同,液體排開的液體的體積不同,故應分析1、2、3數據;由實驗數據可知,排開的液體的不同,浮力不同,故小紅的說法是正確;
(3)探究浮力大小與物體所受的重力有關時,應控制排開的液體的體積相同,液體排開的液體的體積不同,故應分析4、5數據;由實驗數據可知,排開的液體的體積,浮力相同,故浮力大小與物體所受的重力無關;
(4)探究浮力與物體形狀是否有關,應控制物體排開液體的體積相同、液體密度相同而形狀不同,小明將同一個橡皮泥做成不同的形狀,先后放入水中,發(fā)現有的漂浮在水面上,有的下沉,他在實驗中沒有控制橡皮泥浸入液體的體積相同,因此得出的結論是錯誤的.
6.(2021上海二模)某小組同學在“探究物體在液體中所受向上的力與哪些因素有關”實驗中,用彈簧測力計拉著一個圓柱體,測力計示數為F0.現將圓柱體懸空放置在一個燒杯中,倒入液體A,圓柱體的下表面到液面的深度為h,記錄下此時彈簧測力計的示數為F以及F0和F的差為△F.接著,將液體A替換為液體B,重復上述實驗,記錄數據如下表一、二所示。
表一 液體A(ρA=0.8×103千克/米3)
表二 液體B (ρB=1.0×103千克/米3)
①根據實驗序號1與2與3或5與6與7的數據,分析比較彈簧測力計的示數F與圓柱體的下表面到液面的深度h的大小關系,可得出的初步結論是:同一物體在同種液體中, 。
②根據實驗序號1與2與3或5與6與7的數據,分析比較△F與圓柱體的下表面到液面的深度h的大小關系,可得出的初步結論是:同一物體在同種液體中, 。
③根據實驗序號1與5或2與6或3與7的數據,分析比較△F與圓柱體的下表面到液面的深度h的大小關系,可得出的初步結論是 。
④本實驗中,圓柱體的重力為 牛,高度為 厘米。
【答案】①彈簧測力計示數F隨圓柱體的下表面到液面的深度增大而減??;
②△F與圓柱體的下表面到液面的深度h成正比;
③同一物體在不同液體中,圓柱體的下表面到液面的深度h不變時,液體密度ρ越大,△F越大;
④10.0;10.0。
【解析】①根據實驗序號1與2與3或5與6與7的數據,分析比較彈簧測力計的示數F與圓柱體的下表面到液面的深度h的大小關系,可得出的初步結論是:同一物體在同種液體中,彈簧測力計示數F隨圓柱體的下表面到液面的深度增大而減??;
②縱向比較表一序號1與2與3或表二序號5與6與7的數據,可知,圓柱體的下表面到液面的深度h為原來的幾倍,△F也為原來的幾倍,可得出的初步結論是:同一物體在同種液體中,△F與圓柱體的下表面到液面的深度h成正比;
③ρA=1.0×103kg/m3>ρB=0.8×103kg/m3,
根據實驗序號1與5或2與6或3與7的數據,可得出的初步結論是:同一物體在不同液體中,圓柱體的下表面到液面的深度h不變時,液體密度ρ越大,△F越大;
④F0=G,根據稱重法測浮力,△F=F0﹣F,
故本實驗中,圓柱體的重力為:
G=△F+F=1.5N+8.5N=10.0N;
由②,比較表一序號1與2與3或表二序號5與6與7的數據,可知同一物體在同種液體中,△F與圓柱體的下表面到液面的深度h成正比;但序號4與8實驗不符合這個規(guī)律;
根據阿基米德原理,F?。溅岩篻V排,在物體沒有浸沒時,F?。溅岩篻Sh,故受到的浮力與圓柱體的下表面到液面的深度h成正比,
浸沒在液體中的物體受到的浮力與深度無關,說明4與8這兩中情況下,圓柱體已浸沒在液體中了,
由阿基米德原理:
1、4兩次實驗受到的浮力之比為:
=,
h=×3cm=10cm。即圓柱體的高度為10.0厘米。
7.(2021湖北荊州二模)在探究“影響浮力大小的因素”這一問題時,請你根據圖所示實驗操作,從中選出一些圖,針對某一個因素進行研究,并通過分析彈簧測力計的示數,說明你的探究結果.
(1)探究的因素是: .選用的圖是: (填圖中的序號).
(2)小明想探究“物體受到的浮力與其形狀是否有關”,他找來薄鐵片,燒杯和水進行實驗,實驗步驟如下:
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,小明得出錯誤結論的原因是:他只關注了鐵片
形狀的改變,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系;①②③或①②④;(2)①小于;②排開水的體積
【解析】(1)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系,應控制液體的密度相同,而物體排開液體的體積不同,故應選用圖①②③或①②④;若要探究浮力大小與液體密度的關系,應控制物體排開液體的體積相同,而液體的密度不同,故應選用圖①④⑤;(2)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本探究實驗把鐵片彎成“碗狀”,改變了形狀,雖然都是水,但兩次排開液體的體積不同,所以得出結論是不正確的,即:他只關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。
常識
猜想
常識1:木頭漂在水面,鐵釘沉在水底
常識2:輪船從長江駛入大海,船身會上浮一些
常識3:人從泳池淺水區(qū)走向深水區(qū),感覺身體變輕
猜想1:與浸入液體的深度有關
猜想2:與液體的密度有關
猜想3:與物體的密度有關
次數
金屬塊
物體重力/N
液體密度 g/cm3
物體浸在液體中的體積/cm3
測力計的 示數/N
1
A
5
1.0
20
4.8
2
A
5
1.0
60
4.4
3
A
5
1.0
100
4.0
4
A
5
1.2
100
△
5
B
3
1.2
100
1.8
實驗序號
h(厘米)
F(牛)
△F(牛)
1
3
8.5
1.5
2
6
7
3
3
9
5.5
4.5
4
12
5
5
實驗序號
h(厘米)
F(牛)
△F(牛)
5
3
8.5
1.2
6
6
7.6
2.4
7
9
6.4
3.6
8
12
6
4
這是一份2021年中考物理三輪沖刺過關 專題27 航天航空熱點問題解決思路(學生版),共6頁。
這是一份2021年中考物理三輪沖刺過關 專題27 航天航空熱點問題解決思路(教師版含解析),共10頁。
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