專題07 浮力相關(guān)實(shí)驗(yàn)（原卷版）

專題07浮力相關(guān)實(shí)驗(yàn)【知識(shí)儲(chǔ)備】探究浮力大小跟哪些因素有關(guān)由于液體對(duì)物體浮力的大小跟液體的密度和排開液體的體積有關(guān)，所以在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究時(shí)要運(yùn)用控制變量法．(1)探究浮力大小與液體密度的關(guān)系時(shí)，要保持物體排開液體的體積不變，改變液體的密度；(2)探究浮力大小與物體排開液體體積的關(guān)系時(shí)，要保持液體的密度不變，改變物體排開液體的體積．探究物體的浮沉條件浸沒(méi)在液體中的物體可以有兩種方法來(lái)判斷物體的浮與沉(1)根據(jù)物體在液體中受到的浮力與重力的大小關(guān)系來(lái)判斷：當(dāng)F?。綠時(shí)，物體上??；當(dāng)F浮＜G時(shí)，物體下沉；當(dāng)F浮＝G時(shí)，物體懸浮．(2)根據(jù)液體密度與物體密度的相對(duì)大小來(lái)判斷：當(dāng)ρ液＞ρ物時(shí)，物體上浮；當(dāng)ρ液＜ρ物時(shí)，物體下沉；當(dāng)ρ液＝ρ物時(shí)，物體懸浮．利用浮力知識(shí)測(cè)密度的實(shí)驗(yàn)(1)若ρ物＞ρ液，物體完全浸入液體中，根據(jù)阿基米德原理公式F＝ρ液gV排及稱重法公式F?。紾－F，可求出V排＝eq\f(G－F,ρ液g)；又因?yàn)镚＝mg＝ρ物gV物，此時(shí)V物＝V排，可得ρ物＝eq\f(G,G－F)ρ液．根據(jù)此式，已知ρ液，可求出ρ物；已知ρ物，可求出ρ液．(2)若ρ物＜ρ液，物體漂浮在液面上，根據(jù)物體漂浮條件G物＝F?。溅岩篻V排；利用大頭針可使物體完全浸入液體中，求出物體的體積V；物體的密度ρ物＝eq\f(m,V)＝eq\f(G物,Vg)＝eq\f(ρ液V排,V).【專題突破】1．小明同學(xué)利用燒杯、彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)線、水、密度計(jì)來(lái)測(cè)量金屬塊和液體的密度。（已知ρ水＝1.0x103kg/m3，g＝10N/kg）（1）用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量金屬塊的重力，其示數(shù)如圖A所示，可求出金屬塊的質(zhì)量m＝kg。（2）金屬塊的密度ρ＝kg/m3。（3）利用密度計(jì)可以直接測(cè)量出液體的密度，將其插入被測(cè)液體中，待其靜止后直接讀取液面處的刻度值即為該液體的密度值小明同學(xué)將密度計(jì)放入甲液體中，其示數(shù)如圖C所示，則甲液體的密度ρ＝kg/m3。（4）小明同學(xué)將密度計(jì)放入乙液體中，如圖D所示，比較C、D兩圖可知ρ甲ρ乙（選填“＞”、“＜”或“＝”）。2．如圖所示，小亮在做探究“圓錐體所受浮力大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)相同的容器中分別裝有水和某種液體，請(qǐng)你回答下列有關(guān)的問(wèn)題：（1）A圖中，彈簧測(cè)力計(jì)拉著圓錐體靜止，拉力與力是一對(duì)平衡力；由圖中步驟A、B、C可得出結(jié)論：物體受到的浮力大小與有關(guān)；根據(jù)圖實(shí)驗(yàn)可得出：浮力的大小與排開液體的密度有關(guān)。在E圖中，圓錐體所受液體的浮力是N；（2）F圖中，用彈簧測(cè)力計(jì)拉著圓錐體從其底部剛好接觸水而開始緩慢下降進(jìn)入水中，直到快接觸到杯底，能大致反應(yīng)圓錐體所受水的浮力F浮的大小與物體進(jìn)入水中的深度h深關(guān)系的圖象是下圖中的（填字母）；（3）根據(jù)圖中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可計(jì)算出圓錐體的密度是kg/m3；（4）實(shí)驗(yàn)完成后，小剛?cè)∠潞辖饓K，他發(fā)現(xiàn)豎直向上提著彈簧測(cè)力計(jì)拉環(huán)時(shí)，指針對(duì)準(zhǔn)了“0.1N”刻度線，則第（3）問(wèn)中算出的圓錐體密度相對(duì)真實(shí)值（選填“偏大”、“偏小”或“仍準(zhǔn)確”）。3．小明學(xué)習(xí)壓強(qiáng)和浮力知識(shí)后，利用水和飲料、兩個(gè)完全相同的杯子進(jìn)行了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)，將同一合金塊依次浸沒(méi)到質(zhì)量相同的水和飲料中，g取10N/kg，請(qǐng)根據(jù)圖中信息回答下列問(wèn)題：（1）物體浸沒(méi)后（不接觸容器底），容器底受到的液體的壓強(qiáng)分別為p水和p飲料二者的大小關(guān)系為：p水p飲料（選填“＞”、“＝”或“＜”）。（2）飲料的密度是kg/m3。（3）小明進(jìn)一步分析在合金塊浸沒(méi)的條件下，彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F與液體密度ρ液關(guān)系，圖乙中能正確表達(dá)二者關(guān)系的圖象是（選填“a”、“b”“c”或“d”其中d是較粗的那條彎曲的線）。（4）根據(jù)（3）的分析，小明將彈簧測(cè)力計(jì)改裝成測(cè)液體密度的密度秤，則他利用這套器材能測(cè)量的液體密度最大值為：kg/m3。4．在探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，小明利用了物體A、燒杯、水、鹽水、細(xì)線等器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表。實(shí)驗(yàn)次數(shù)物體A的狀態(tài)測(cè)力計(jì)的示數(shù)F/N1A的13162A的12153A浸沒(méi)在水中124A浸沒(méi)在水面下不同深度125A浸沒(méi)在鹽水中11.4（1）由圖甲可知，物體A受到的重力為N。（2）分析第1、2、3、4次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，物體所受浮力的大小與物體有關(guān)，分析第3、5次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，物體所受浮力的大小與有關(guān)。（3）分析表格中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，鹽水的密度為g/cm3。（4）小明發(fā)現(xiàn)，物體A浸沒(méi)在不同液體中時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)不同。她又找來(lái)密度已知的多種液體，把物體A分別浸沒(méi)在不同液體中進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，繪制出彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F與液體密度ρ液的關(guān)系圖象如圖乙所示，如果將此測(cè)力計(jì)改裝成測(cè)量液體密度的密度計(jì)，則待測(cè)液體的密度不應(yīng)超過(guò)kg/m3。5．某小組同學(xué)用如圖所示裝置，研究圓柱體在水中下降的過(guò)程中彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的變化情況。他們先用彈簧測(cè)力計(jì)將圓柱體懸掛在空氣中，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F0，然后將圓柱體浸入到水中并緩慢下降，并將圓柱體下表面到液面的距離h、彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F、F0與F的差值ΔF記錄在表中。實(shí)驗(yàn)序號(hào)h（厘米）F（牛）ΔF（牛）129.20.8248.41.6367.62.4487.22.8①分析實(shí)驗(yàn)序號(hào)1、2與3數(shù)據(jù)中ΔF和h的關(guān)系及相關(guān)條件，可得出的初步結(jié)論是：同一圓柱體浸入水中，。②進(jìn)一步分析表中數(shù)據(jù)，可得實(shí)驗(yàn)中圓柱體重力為牛，高度為厘米。③實(shí)驗(yàn)中繼續(xù)增大圓柱體浸入水的深度，發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)突然變小至零，原因是。④實(shí)驗(yàn)過(guò)程中小組同學(xué)觀察到，圓柱體緩慢浸入水的過(guò)程中，容器中水面會(huì)上升，由此想到容器底部受到水的壓力會(huì)增加。若將水對(duì)容器底部壓力的增加量記為ΔF水，請(qǐng)運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)判斷ΔF水和ΔF的大小關(guān)系，并說(shuō)明理由。6．小明將一只裝有水的透明薄塑料袋扎好口之后放入水槽，發(fā)現(xiàn)塑料袋內(nèi)外水面相平。（g＝10N/kg，π≈3，ρ水＝1.0×103kg/m3）（1）根據(jù)二力平衡可知水袋受到的浮力等于其重力，根據(jù)的現(xiàn)象，可知水袋的重力等于排開水的重力，從而可初步驗(yàn)證物體受到的浮力等于其排開液體的重力。（2）小明發(fā)現(xiàn)水槽內(nèi)懸有一條用細(xì)線拉著的假魚（如圖甲所示），他解開線將假魚放入塑料袋內(nèi)的水中將袋口扎緊后仍置于水面上，此時(shí)塑料袋內(nèi)外水面情況為（內(nèi)高外低/內(nèi)低外高/仍然相平）。（3）小明用一只如圖乙所示的薄底圓柱狀玻璃筒來(lái)替代塑料袋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圓筒水平截面內(nèi)側(cè)圓半徑為R1＝5cm，外側(cè)圓半徑為R2＝6cm。在筒壁外側(cè)從底端起沿豎直方向向上標(biāo)有顯示高度的刻度，零刻度在的筒外側(cè)最底端。（設(shè)玻璃密度為ρ玻，水的密度為ρ水，且ρ玻＞ρ水）步驟一：小明先使圓筒開口向上直立漂浮于水面。步驟二：小明使圓筒直立漂浮于水面后，在圓筒內(nèi)緩慢注入少量某種未知液體。記錄下此時(shí)筒內(nèi)液面和筒外水面在筒外壁上的刻度值h1、h2（如圖丙所示）。步驟三：再分批添加液體，記錄多組h1、h2數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量、記錄完成后，小明通過(guò)描點(diǎn)作圖的方法作出h1﹣h2圖像（如圖丁所示）。請(qǐng)思考：①在實(shí)驗(yàn)步驟一中，如果小明向筒內(nèi)緩慢注水，（能/不能）實(shí)現(xiàn)處于豎直漂浮狀態(tài)的圓筒內(nèi)外水面相平。②圓筒的重力為多大？③該液體密度值為多大？④若筒底厚度不能忽略且為d，則小明在實(shí)驗(yàn)中，小明所測(cè)量的液體密度測(cè)量值與真實(shí)值相比較會(huì)（偏大/偏小/無(wú)影響）。7．某同學(xué)利用電子秤探究影響浮力大小的因素，其操作如下：（1）將玻璃杯放在電子秤上，按清零鍵，電子秤示數(shù)為“0”，向玻璃杯中倒入適量的水，在水面處做好標(biāo)記；（2）如圖甲所示，將玻璃杯放在電子秤上，用細(xì)線吊著質(zhì)地均勻的圓柱體，將一半體積浸在水中，電子秤的示數(shù)為m1；（3）如圖乙所示，將圓柱體浸沒(méi)在水中，電子秤的示數(shù)為m2（m2＞m1），由此可知浮力的大小與有關(guān)，逐漸增大圓柱體所處的深度，但未接觸玻璃杯底部，電子秤的示數(shù)保持不變，由此可得出結(jié)論：物體所受的浮力與；（4）取出圓柱體，將玻璃杯中的水倒凈，向玻璃杯中倒入果汁，直到液面到達(dá)標(biāo)記處。如圖丙所示，將擦干的圓柱體浸沒(méi)在果汁中，電子秤的示數(shù)為m3（m3＞m2），這說(shuō)明果汁的密度比水的密度；（5）如圖丙所示，圓柱體浸沒(méi)果汁后（未接觸玻璃杯底部）和未浸入果汁時(shí)相比較，電子秤示數(shù)的增加量Δm＝（用所測(cè)的物理量表示），如果圓柱體浸入果汁過(guò)程中，溢出一些果汁落在電子秤的秤盤上，那么對(duì)電子秤示數(shù)增加量的計(jì)算結(jié)果有無(wú)影響？。8．小明在探究“浮力大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，他設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置進(jìn)行探究，把同一金屬塊浸入甲、乙兩種體中，記錄數(shù)據(jù)如下：液體次數(shù)浸入體積A示數(shù)/NB示數(shù)/N浮力/N甲105.02.002一半4.12.93全部3.23.81.8乙405.02.005一半4.32.70.76全部3.63.41.4（1）表格中空缺的數(shù)據(jù)應(yīng)為N。（2）分析比較實(shí)驗(yàn)次數(shù)，可知：當(dāng)排開液體的體積（浸入的體積）相同時(shí)，物體受到的浮力與有關(guān)。（3）分析比較金屬塊受到的浮力與它排開液體受到的重力，可知：。（4）分析表格中的數(shù)據(jù)，可知ρ甲ρ乙。（選填“＜”、“＝”或“＞”）（5）分析表格中的數(shù)據(jù)，可知ρ甲＝ρ物。9．在探究“浮力大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，某小組同學(xué)用如圖甲所示的裝置，將同一物體分別逐漸浸入到水和酒精中，為了便于操作和準(zhǔn)確收集數(shù)據(jù)，用升降臺(tái)調(diào)節(jié)溢水杯的高度來(lái)控制物體排開液體的體積。他們觀察并記錄了彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)及排開液體的體積，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示。（1）分析表中數(shù)據(jù)，可計(jì)算出第1次實(shí)驗(yàn)中物體所受的浮力F＝N；（2）通過(guò)比較和分析每次實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)，可初步得出結(jié)論：物體受到的浮力大小等于；（3）小明用兩塊相同的橡皮泥分別捏成圓錐體和圓柱體進(jìn)行如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)，并得出浮力的大小與物體的形狀有關(guān)的結(jié)論，小紅認(rèn)為結(jié)論不正確，主要原因是；（4）聰明的小明想利用圖甲這套裝置把彈簧測(cè)力計(jì)改裝成一個(gè)能測(cè)液體密度的密度秤。如圖丙所示，他先在彈簧測(cè)力計(jì)下掛上一個(gè)重2.5N的物塊，當(dāng)他把物塊浸沒(méi)在水中時(shí)，如圖丁所示，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為1.5N，他就在1.5N處對(duì)應(yīng)標(biāo)上1.0g/cm2的字樣；當(dāng)他把物塊擦干后浸沒(méi)在酒精中時(shí)，如圖戊所示，應(yīng)該在彈簧測(cè)力計(jì)刻度盤的N處對(duì)應(yīng)標(biāo)上0.8g/cm3的字樣。液體種類實(shí)驗(yàn)序號(hào)物體重力G（N）彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F（N）物體受到的浮力F?。∟）排開液體體積V排（cm3）水的密度為1.0g/cm3121.55021.01.010030.51.5150酒精的密度為0.8g/cm3421.60.45051.20.810060.81.215010．某同學(xué)利用彈簧測(cè)力計(jì)、實(shí)心金屬塊、細(xì)線、水和酒精等器材探