2024年中考物理实验(全国版)：探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系（解析版）

实验13探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系

基础考点梳理

1.主要实验器材：弹簧测力计、物体(；;物〉"液)、溢水杯、小桶、细线、水、盐水;

2.测量浮力的原理：称重法(%=G-性)；测量重力的方法：差值法.

实验记录

物块浸入水物块排开的

小桶所受的空桶和排开

物重GN中后测力计浮力水受到的重

重力/N水重(2/N

的读数F/N力第/N

422132

5.63.22.413.42.4

6.23.62.613.62.6

【实验结论】

浸在液体中物体受到的浮力，大小等于它排开的液体所受到的重力，用公式表示为&=6排

【交流与讨论】

(1)若先将物体放入水中测浮力，再测物体的重力，误差分析：物体沾水所测重力偏大，则所测浮力偏

大；

(2)先测桶和排开液体的重力，再测桶的重力，误差分析：所测桶沾水重力偏大，所测排开液体的重力

偏小。

(3)石块在浸入前，溢水杯没有装满水，误差分析：不会影响浮力的大小，但会导致G排减小，

(4)实验中换用大小不同的石块和不同的液体，进行多次实验：是为了使实验结论更具有普遍性。

(5)测量物体排开的液体所受重力的方法：先测出空桶的重力Gi,再测出桶和溢出水的总重力G2,则排

开的液体所受的重力为G；»=G2-GI

(6)浸没在水中的物体匀速向下运动过程中，物体受到的浮力不变，压强变大。

(7)验证实验结论的成立，需要验证F1-F2与F3-F4的大小关系.

典型例题赏析

1.某实验小组探究“浮力的大小与排开液体所受重力的关系”，实验步骤如图所示。

（1）把石块浸没在盛满水的溢水杯中，石块受到的浮力大小为0.8No

（2）石块排开水所受的重力可由甲丁（填代号）两个步骤测出。

（3）由以上步骤可以初步得出结论：浸在水中的物体受到的浮力等于物体排开水的重力。

（4）为了得到更普遍的结论，下列操作不合理的是A（填字母代号）。

A.用原来的方案和器材多次测量取平均值

B.用原来的方案将水换成酒精进行实验

C.用原来的方案将石块换成体积与其不同的铁块进行实验

（5）实验过程中，把步骤甲（测空小桶的重力）放到步骤丁（测小桶和溢出水的总重力）之后，则测得

的F浮与G排关系为F.大于（选填“大于”、“等于”或“小于”）G排。

（6）另一实验小组在步骤丙的操作中，只将石块的一部分浸入水中，其它步骤操作均正确，那么

（选填“能”或“不能”）得到与（3）相同的结论。

【解答】解：（1）由图B可知物体的重力是2.2N；

由称重法知：

F浮=G-F示=2.2N-1.4N=0.8N；

（2）液体与桶的总重力与桶的重力之差是物体排开液体的重力，由图中甲丁两个步骤测出；

（3）根据（1）知F浮=0.8N；排开液体的重力：G排=F桶和水-F桶=1.1N-O.3N=O.8N,故可以得出浸

在水中的物体所受浮力的大小等于排开液体的重力，即F浮=G排；

（4）本实验是“探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系”属于探究性实验，多次测量找普遍规律。

A.测量型实验多次测量取平均值减小误差，此实验为探究型，不能求平均值，故A不合理；

B.用原来的方案将水换成酒精进行多次实验，找出普遍规律，故B合理；

C.用原来的方案将石块换成体积与其不同的铁块进行实验，找出普遍规律，故C合理；

故选A；

（5）由于桶壁、桶底挂水珠，使得空桶质量偏大，根据G/F桶和水-F桶知，G排减小，故F浮＞G排；

（6）只将石块的一部分浸入水中，排开水的体积减小，排开水的重力减小，浮力减小，仍能得出；F浮

=G排。

故答案为：（1）0.8；（2）甲丁；（3）物体排开水的重力；（4）A；（5）大于；（6）能。

2.小明学习了阿基米德原理后，和物理兴趣小组的同学们利用图中的弹簧测力计、体积约为lOcnf的实心

金属块、细线、大烧杯、小桶、小垫块和水等器材，设计实验验证阿基米德原理。（水的密度为1。x

103kg/m3）

（1）小明首先向老师汇报了自己的实验思路：

①用弹簧测力计分别测出空桶和金属块的重力为Gi和G2；

②在大烧杯左边底部用小垫块垫起，使右边的溢水口倾斜向下，在大烧杯中装满水,当溢水口不溢

水时，把小桶放在大烧杯的溢水口下方；

③用弹簧测力计吊着金属块使其浸没到大烧杯水中，记下弹簧测力计示数为Fi；

④待大烧杯中的水不再溢出时，用弹簧测力计测出溢出的水和小桶的总重力为F2。若满足G2-Fi=

F2-G1（用所测物理量符号表示）就可以验证阿基米德原理。

（2）老师肯定了他们的实验思路，但提醒他们利用现有实验器材很难完成实验，请你帮他们分析无法完

成实验的原因是物体所受浮力为0.1N,弹簧测力计的分度值为0.2N,无法精确得出物体所受浮力。

（3）小明他们更换相关器材，顺利完成了实验。实验后小组成员又进行了交流，要验证阿基米德原理,

金属块不一定（一定/不一定）要浸没在水中。

【解答】解：（1）实验步骤：①用弹簧测力计分别测出空桶和金属块的重力为Gi和G2;

②把大烧杯用小垫块垫起，使右边的溢水口斜向水下，在大烧杯中装满水，过会儿把小桶放在大烧杯的

溢水口下方；

③用弹簧测力计吊着金属块使其浸没到大烧杯的水中，记下弹簧测力计示数为Fi,

④待大烧杯中的水不再溢出时，用弹簧测力计测出溢出的水和小桶的总重力为F2,

根据称重法可知F浮=G2-F1,排出水的重力G排=F2-G1,根据阿基米德原理可知：F浮=G排，若满足

G2-FI=F2-GI等式成立就可以验证阿基米德原理；

(2)金属块的体积为10cm3,故排开水的体积为10cm3,则F浮=p^^gV推=K^kg/n?x10N/kgx升x的

6m3=0.1N,

从图中可知弹簧测力计的分度值为0.2N,故无法精确得出物体所受浮力；

(3)阿基米德原理适用于所有情况下浮力的计算，要验证阿基米德原理，金属块不一定要浸没在水中。

故答案为：(1)装满；G2-FI=F2-GI；(2)物体所受浮力为0.IN,弹簧测力计的分度值为0.2N,无

法精确得出物体所受浮力；(3)不一定。

3.如图所示，某小组为了探究“浮力的大小跟物体排开液体所受重力的关系”，选择溢水杯、水、弹簧测

力计、圆柱体金属块、小桶、细线等器材，按照A、B、C、D的顺序做了如下的实验：

(1)为了减小误差，合理的实验顺序是DABCo

(2)按照合理的顺序进行实验，并收集数据。设A、B、C、D实验中弹簧测力计的读数分别是Fi、F2、

F3、F4,如果关系式F-F2=F3-F4(用字母表达)成立，即可验证阿基米德原理。

(3)为使实验结论具有科学性，接下来他们还应该用不同(选填“相同”或“不同”)的液体重

新实验。

(4)该小组同学还发现通过上述实验收集到的测量数据可以测出金属块的密度，某次实验过程中记录的

A、B、C、D实验中弹簧测力计的读数分别是1.8N、1.6N、0.5N、0.3N,则金属块的质量为0.18kg。

33

密度为9x1Qkg/mo

【解答】解：(1)实验时，先测出空桶的重力，然后测出石块的重力，再将石块浸在溢水杯中，读出弹

簧测力计的示数，根据F浮=G-F示得出石块受到的浮力，最后测出小桶和水的总重力，从而测出石块

排开水的重力，因此合理的实验步骤是D、A、B、C；

(2)由称重法知石块浸没水中受到的浮力为：F浮=F1-F2,

石块排开水的重力为：GJ(F=F3-F4,

若Fl-F2=F3-F4说明F浮=G排，即可验证阿基米德原理；

(3)由于只测了一组实验数据，这样得出的结论会具有片面性或偶然性，所以为了寻找普遍规律，做完

—■次实验后，需要换用不同液体重新实验；

(4)由表格数据知浸没在水中的石块所受的浮力：F浮=FA-FB=1.8N-1.6N=0.2N,

由阿基米德原理F浮=p水gV排知物体的体积：V=V排=♦浮_=---------O.吗----------=2x10

P水g1.0X10Jkg/mJX10N/kg

5m3,

根据G=mg知石块的质量为：m=3=1.=0」8kg,

glON/kg

33

石块的密度为：p=^=-"1岁二=9x10kg/mo

53

V2X10-m

故答案为：(1)DABC;(2)Fi-F2=F3-F4；(3)不同；(4)0.18;9x

4.在探究物体所受浮力大小与物体排开液体所受重力大小关系的实验中，小明的操作过程如图所示。实验

步骤：

甲乙丙丁

①如图甲，用细线将物块系好，挂在己调零的弹簧测力计挂钩上，测出物块所受的重力G物；再用弹簧

测力计测出小桶所受的重力G桶，将数据分别记录在表格中；

②如图乙，将一定量的水倒入溢水杯中；

③如图丙，将挂在弹簧测力计挂钩上的物块浸没在溢水杯内的水中，不接触溢水杯，同时用小桶收集溢

出的水，物块静止、待溢水杯中的水不再流出时，读出弹簧测力计示数F,将数据记录在表格中；

④如图丁，将步骤③中装有溢出水的小桶挂在弹簧测力计挂钩上，测出小桶和溢出水的总重G总，将数

据记录在表格中；

⑤利用测量数据计算出物体所受浮力F浮的大小，并与G排=G总-G桶比较

(1)请补充步骤⑤中的表达式F浮=G您-F(用上述测量量的符号表示)。

(2)请指出小明在实验过程中存在的问题物体放入水中前溢水杯中的水没有满，

(3)小明改正了上述的问题后，重新正确地进行了实验，并通过实验得到F浮G排的关系。现将物块悬

挂在弹簧测力计的挂钩上，使物块逐渐浸入溢水杯中。在此过程中记录了多组物块浸入水中不同体积时

弹簧测力计的示数F及通过测量G排得到物块受到的浮力F浮，最后根据记录的多组数据绘制了如图戊所

示的图像。由图像可知当浮力是2.5N时，弹簧测力计的示数F为1.5N。

【解答】解：(1)根据称量法知物体所受的浮力为：F浮=G物-F；

(2)物体放入水中前，溢水杯应该是满水的，否则小桶内所盛的水将小于物体排开水的体积，溢出到小

桶中的水所受的重力小于物块排开的水所受的重力；

(3)当浮力为零时，物体没有浸在水中，弹簧测力计的示数就等于重力，由图像知物体的重力为4N,

由图像知当浮力是2.5N时，弹簧测力计的示数F为I.5N。

故答案为：(1)G物-F；

(2)物体放入水中前溢水杯中的水没有满；

(3)1.5O

5.如图所示是小明“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”实验。

(1)将空心物体A竖直挂在弹簧测力计上，弹簧测力计指针静止时示数如图甲所示，该弹簧测力计量

程为0~5N,物体A所受重力为2No

(2)测出空小桶B所受重力为L4N,将物体A轻轻放入盛满水的溢水杯中，同时用空桶B收集溢出的

水，A静止时如图乙所示，则物体A受到的浮力为2N；将盛有溢出水的小桶B挂在弹簧测力计下,

测出小桶B和溢出水的总重为3.4N,记录、分析实验数据，可得出实验结论：物体A排开水的重力二

4（选填“大于”“小于”或“等于"）A受到的浮力。

（3）为了得到普遍结论，同学小红用小明以上实验方案和器材多次测量取平均值，这样的做法不合

理（选填“合理”或“不合理”）。

（4）完成以上操作后，小明往A中加入沙子进行实验（每次加入沙子后物体A没有被浸没，也没有触

杯底），得到4组数据如表：

次数1234

桶B的重力G/N1.41.41.41.4

物体A与沙子的总重力G/N2.42.83.23.4

桶B与溢出水的总重力G/N3.84.24.64.8

实验中，加入沙子越多，桶A浸入水中就越深（选填“深”或“浅”）；分析以上探究过程可以

得到的结论是：浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力大小等于排开的液体所受的重力。

o-0

a-

二-

1二1

-

-2

1•2

33

44

55

【解答】解：（1）由图甲可知，弹簧测力计量程为0~5N；

由图甲可知，测力计的分度值是0.2N,故此时测力计的示数是2N,即物体A所受重力为2N；

（2）由图乙可知，物体A处于漂浮状态，由物体漂浮的条件可知，物体A受到的浮力与物体A的重力

大小相同，即F-GA=2N；

小桶B所受重力为1.4N,小桶B和溢出水的总重为3.4N,则物体A排开的水重：G排=G总-G桶=3.4N

-1.4N=2N,故物体A排开水的重力等于A受到的浮力；

（3）为了得到更普遍得结论，应换用不同液体和物体进行多次实验，而不是用原来的方案和器材多次测

量取平均值，故这样的做法不合理；

(4)由表中数据可知，加入沙子越多，物体A排开水的重力越大，说明桶A浸入水中就越深，同时桶

B与溢出水的总重力与桶B的重力之差等于物体A与沙子的总重力，故可以得到的结论是：浸在液体中

的物体受到向上的浮力，浮力大小等于排开的液体所受的重力。

故答案为：(1)0~5；2；(2)2；等于；(3)不合理；(4)深；排开的液体所受的重力。

6.在探究“浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”实验中，志涛同学的实验操作步骤如图所示，实验过

程如下

0--0

--

1--1

--

2r-2

--

3-3

-

4-4

-

5--5

L--

(1)弹簧测力计的原理是：在弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长越大。

(2)此实验合理的操作顺序是：丙甲丁乙。

(3)物块的重力G题=4.2N,物块浸没在水中时所受到的浮力F浮=3N

(4)小静在家里发现了一台电子秤，于是她对实验进行了改进，步骤如下:

a.如图A,把一个装有适量水的大烧杯放在电子秤上，然后调零.再将物体用细绳吊着浸没在水中，记

录电子秤示数为mi；

b.此时，物体受到水的浮力F,=mig；(用符号表示)

c.如图B,把另一只空的小烧杯放在电子秤上，再次调零.把物体擦干，再浸没在装满水的溢水杯中，

溢出的水全部集于小烧杯中，记录此时电子秤示数为m2;

d.由实验可知，电子秤前后两次示数的关系是mi=m2(选填“<”、"=”或“>”)。

【解答】解：(1)在弹性限度内，弹簧的伸长与受的拉力成正比，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量

就越大；

(2)为减小误差和操作方便；验证阿基米德原理的实验过程是：

丙、用弹簧测力计测出空桶所受的重力；

甲、溢水杯中装满的水；测出实心物块所受的重；

丁、把物块浸没在溢水杯中，测出浮力同时收集排开的水；

乙、测出桶和排开的水所受的总重力；

故合理顺序是丙甲丁乙；

(3)弹簧测力计的分度值为0.2N,物块的重力G物=4.2N,物体受的浮力F浮=G-F拉=4.2N-1.2N=

3N；

(4)把一个装有适量水的大烧杯放在电子秤上，然后调零.再将物体用细绳吊着浸没在水中，记录电子

秤示数为mi；由于水给物体向上的浮力，则物体给水和杯子向下的反作用力，使得电子秤的示数增大，

则增大的示数对应的重力等于浮力，即浮力大小F浮=mig；

再浸没在装满水的溢水杯中，溢出的水全部集于小烧杯中，记录此时电子秤示数为m2为溢出水的质量,

根据阿基米德原理，F浮=6排=!!128；因而mig=m2g;则mi=m2。

故答案为：(1)大；(2)丙甲丁乙；(3)4.2N；3N；(4)mig；mi=m20

7.如图甲所示，A、B、C、D、E是“探究浮力大小跟排开液体所受重力的关系”实验的五个步骤;

(1)由图可知该圆柱体所受的重力G=4.2N,浸没在液体中时受到的浮力F浮=1.2N。

(2)由步骤B、C、D可得出结论：物体受到的浮力与排开液体的体积有关。

(3)由步骤A和可得出该圆柱体排开液体所受的重力G排，比较F浮与G排，就可以得到浮力的

大小跟物块排开液体所受重力的关系。

(4)如图乙所示，小帅将装满水的溢水杯放在升降台P上，用升降台来调节溢水杯的高度。当小明逐渐

调高升降台，发现随着重物浸入水中的体积越来越大，测力计M的示数减小(选填“增大”、“减

小”或“不变”)，且弹簧测力计M的示数变化量等于(选填“大于”、“小于”或“等于")N

的示数变化量，从而证明F浮=G排。

(5)若在图乙实验中重物接触水面前测力计M的示数为6N,完全浸没后测力计N的示数变化量为2N,

33

则该重物的密度为3xlOkg/mo

【解答】解：(1)因测力计分度值为0.2N,G=4.2N,F=3N,

由称重法测浮力F浮=G-F知圆柱体物块浸没在水中时受到的浮力为：

F=G-F=4.2N-3N=I.2N；

(2)由图C、D可知，物体浸在水中的体积变大，弹簧测力计的示数变小，根据F浮=G-F可知，物体

受到的浮力变大，则说明：物体排开液体的体积越大，受到的浮力越大；

(3)物块排开水所受的重力G排等于桶和排开水的总重减去空桶的重，AE两步骤可得出物块排开水所

受的重力G排；

(4)如图乙，小明将装满水的溢水杯放在升降台C上，用升降台来调节溢水杯的高度。

当小明逐渐调高升降台，重物浸入水中的体积变大，排开水的体积变大，根据F浮=p渍gV排可知，重物

受到的浮力变大，所以弹簧测力计M的示数F，=G-F浮变小；

又因为重物浸入水中的体积越来越大时，溢出水的体积变大、溢出水的质量变大、溢出水受到的重力变

大，所以弹簧测力计N的示数变大；

根据阿基米德原理可知，物体所受浮力的大小和排开液体的重力相等，所以弹簧测力计M示数的变化量

和弹簧测力计N的示数变化量相等，从而证明了F浮=G排；

(5)根据阿基米德原理知物体完全浸没在水中的物体所的浮力为：

F浮"=AFN=2N；

由于物体完全浸没，因此丫排=丫物，

F"y

贝I]V物=<-=---------Q2N---------------=2Xio_4m3；

JJ

P水g1.0X10kg/mX10N/kg

根据G=mg知物体的质量为：

则物体的密度为:

__0.6kg

=3x103kg/m3

「物V物2又10-，3o

3

故答案为：（1）4.2；1.2；（2）排开液体的体积；（3）E；（4）减小；等于；（5）3x10o

8.小李同学想探究“浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”

Fl

（1）实验步骤如图1所示，甲、乙、丙、丁中的弹簧测力计的示数分别为Fi、F2、F3、F4,物体受到的

浮力F；y=F1-F3。

（2）小李利用三个不同物体a、b、c进行实验探究，实验数据如下表:

物体物重物体浸没在浮力空桶重桶与排开水排开水重

水中测力计的总重

G/NF浮/NGo/NG排/N

的示数F/NGi/N

a1.20.70.50.61.10.5

b21.40.60.61.20.6

c2.41.70.70.61.20.6

分析表中物体a、b的实验数据，小李得出的结论是：物体浸在液体中所受浮力大小等于它排开液体所

受的重力。

（3）小李在探究物体c所受浮力的实验中，排除各种测量误差因素的影响，发现物体c排开水的重力明

显小于它所受浮力，请分析实验操作中造成这种结果的原因：