专题21 验证阿基米的原理的实验问题（解析版）

2022年中考物理三轮复习冷热门与重点亮点专题练(全国通用)专题21验证阿基米的原理的实验问题训练(共10道题)1．（2021云南）某小组探究“浮力的大小与排开液体所受重力的关系”。（1）弹簧测力计使用前要先进行。（2）实验步骤如图1所示，甲、乙、丁、戊中弹簧测力计的示数分别为F1、F2、F3、F4。由图甲和丁可知物体受到的浮力F浮＝。（3）以下选项中若成立，则可以得出浮力的大小与排开液体所受重力的关系。A.F1﹣F2＝F3﹣F4B.F1﹣F3＝F4﹣F2C.F3﹣F2＝F1﹣F4（4）另一小组利用两个相同的弹簧测力计A和B、饮料瓶和吸管组成的溢水杯、薄塑料袋（质量忽略不计）对实验进行改进，装置如图2所示。向下移动水平横杆，使重物缓慢浸入盛满水的溢水杯中，观察到A的示数逐渐，B的示数逐渐，且A、B示数的变化量（选填“相等”或“不相等”）。（5）比较两种实验方案，改进后的优点是（多选）A.测力计A的示数就是物体所受浮力的大小B.实验器材生活化，测力计固定、示数更稳定C.能同步观察测力计A、B示数的变化【答案】（1）校零；（2）F1﹣F3；（3）B；（4）变小；变大；相等；（5）BC。【解析】（1）弹簧测力前要检查指针与零刻度线是否对齐，若不对齐，要调整至对齐，这一步骤叫校零；（2）物体位于空中时弹簧测力计的示数即为其重力，又知道物体浸没时弹簧测力计的示数，根据称重法求出物体受到的浮力；（3）根据图乙和图戊可知空烧杯的重力和物体浸没时排开液体与烧杯的总重力可求排开液体的重力，比较物体受到的浮力与排开液体的重力关系进行解答；（4）如图2所示，向下移动水平横杆，使重物缓慢浸入盛满水的溢水杯中，重物排开水的体积变大，受到的浮力变大，根据称重法F浮＝G﹣F′可知弹簧测力计A的示数变化；重物排开水的体积越大时薄塑料袋内水的重力越大，即弹簧测力计B的示数越大，薄塑料袋的质量忽略不计时，根据阿基米德原理可知弹簧测力计A、B示数的变化量关系；（5）改进后的优点从增加实验器材的目的来分析。解：（1）弹簧测力计使用前指针要指向零刻度线，如果没指向零刻度线，需要校零；（2）由图甲可知物体的重力G＝F1，由图丁可知物体浸没时弹簧测力计的示数F′＝F3，则物体受到的浮力F浮＝G﹣F′＝F1﹣F3；（3）由图乙可知空烧杯的重力为F2，由图戊可知物体浸没时排开液体与烧杯的总重力为F4，则物体浸没时排开液体的重力G排＝F4﹣F2，当F浮＝G排即F1﹣F3＝F4﹣F2可知，物体受到浮力的大小与排开液体所受重力相等；（4）如图2所示，向下移动水平横杆，使重物缓慢浸入盛满水的溢水杯中，重物排开水的体积变大，受到的浮力变大，由称重法F浮＝G﹣F′可知弹簧测力计A的示数变小，重物排开水的体积越大时薄塑料袋内水的重力越大，即弹簧测力计B的示数越大，薄塑料袋的质量忽略不计时，由阿基米德原理可知，弹簧测力计A、B示数的变化量相等；（5）比较两种实验方案可知，改进后：A.由称重法F浮＝G﹣F′可知，弹簧测力计A的示数等于物体的重力减去受到的浮力，故A错误；B.由图2的实验装置和器材（两个相同的弹簧测力计A和B、饮料瓶和吸管组成的溢水杯、薄塑料袋）可知，实验器材生活化，测力计固定、示数更稳定，故B正确；C.薄塑料袋不计质量，能同步观察测力计A、B示数的变化，从而得出物体受到浮力的大小与排开液体所受重力的关系，故C正确。2.（2021黑龙江伊春）小明在验证“阿基米德原理”实验中：

（1）用已调零的弹簧测力计，按照图甲中所示顺序进行实验操作，测力计的示数分别为：F1、F2、F3、F4，由此可知铁球浸没在水中所测得的浮力表达式为F浮＝______，测得铁球排开水所受的重力表达式为G排＝______（（2）小明预期要获得的结论是：______（用此题中所给字母表示）QUOTE)；（3）在读数正确的情况下，小明由实验数据发现：铁球浸没在水中所受浮力F浮大于铁球排开的水所受重力G排，而且超出了误差允许的范围，得出此实验结果的原因可能是______（写出一条即可）；（4）小明分析发现了此实验操作中存在的问题并加以改正。进一步思考：如果实验中物体没有完全浸没水中，能否验证“阿基米德原理”。正确的观点是______（选填“能”或“不能”）验证；（5）他又进行了如下深入探究：将溢水杯中注满水放在电子秤上。如图乙所示，其示数为m1，将铁球用细线悬挂轻轻放入水中浸没，待杯中水停止外溢时，如图丙所示，其示数为m2，则m1______m2（选填“>”、“=”、“<【答案】F1−F2

F3−F4

F1−F2=F3−F4

溢水杯中没有装满水

能

=

【解析】(1)物体的重力是F1，物体浸没在水中弹簧测力计对物体的拉力是F2，物体浸没在水中受到的浮力F浮=F1−F2，物体排开水的重力G排=F3−F4。

(2)由阿基米德原理知，浸在液体中的物体受到浮力大小等于物体排开液体受到的重力，故F （1）如图甲所示，用弹簧测力计测出一满袋水的重力为2N（不计袋子厚度和重力）；（2）乙图，将水袋浸入水中，静止时弹簧测力计示数为1.2N，此时水袋所受浮力为N；（3）丙图，继续让水袋下沉，但未浸没，水袋所受浮力（选填“变小”、“不变”或“变大”）；（4）丁图，水袋浸没在水中，静止时弹簧测力计示数为0N。由此（选填“能”或“不能”）得到结论：此时水袋受到的浮力等于它排开水所受到的重力；（5）设丙图中水袋受到的浮力为F浮，排开水所受到的重力为G排，则F浮G排（选填“＝”或“≠”）。【答案】（2）0.8；（3）变大；（4）能；（5）＝。【解析】（1）根据F浮＝G﹣F示求出浮力的大小；（2）浸入液体中的物体受到的浮力的大小与排开的液体的体积有关；（3）由阿基米德原理得出塑料袋所受浮力等于它排开的水的重力。解：（2）将水袋浸入水中，静止时弹簧测力计示数为1.2N，F浮＝G﹣F示可知，此时水袋所受浮力为：F浮＝G﹣F示＝2N﹣1.2N＝0.8N；（3）将水袋逐渐浸入水中时，水袋排开的水的体积变大，弹簧测力计的示数逐渐变小，说明水袋受到的浮力变大；（4）当水袋浸没在水中，静止时弹簧测力计示数为0N，说明浮力等于重力，又因为排开水的体积等于袋内水的体积，排开水的重力等于袋内水的重力，得到结论：浸在液体中的物体所受的浮力大小等于排开液体所受的重力；（5）由阿基米德原理可知，物体受到的受力大小F浮与它排开水所受重力G排的关系与物体是否浸没无关。【点评】本题目就是考查学生对阿基米德实验的掌握程度，看学生能否掌握每个步骤，以及每一步要测量的对象，只要基本知识掌握扎实，题目不难做出。4.（2021江苏泰州）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10cm3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。（1）小明他们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G1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________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F1；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______（用所测物理量符号表示）等式成立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将无法完成实验，请你帮他们分析无法完成实验的原因是：___________。（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___________（选填“一定”或“不一定”）要浸没在水中。【答案】①.加满②.G2-F1=F2-G1③.见详解④.不一定【解析】（1）[1]大烧杯只有加满水才能够充当溢水杯。[2]物体所受浮力为F浮=G2-F1排开液体的重力G排=F2-G1要验证阿基米德原理，需要F浮=G排，即G2-F1=F2-G1（2）[3]体积10cm3的金属块，完全浸没在水中浮力为F=ρgV=103kg/m3×10N/kg×10-5m3=0.1N测力计分度值为0.2N，无法测量此数据。（3）[4]因为浮力用测力计示数差值计算，排开液体的重力也用测力计差值计算，所以不需要金属块完全浸没。5．在“探究浮力大小跟排开液体所受重力的关系”实验中，小明的实验步骤如下：①如图甲，用弹簧测力计测出物体所受的重力，用F1表示；②如图乙，将物体缓慢浸入水中，读出物体浸没在水中后弹簧测力计的读数，用F2表示；③如图丙，用弹簧测力计测出排开的水和小桶的总重力，用F3表示；④如图丁，倒出小桶中的水，用弹簧测力计测出小桶所受的重力，用F4表示；（1）小明以合理的顺序进行测量，如果四次测量值满足____________（用表达式填写）的关系时，即可验证阿基米德原理。（2）物体的密度____________（用所测物理量和水表示），如果溢水杯中的水没有装满，物体浸没在溢水杯后，则小桶中水的重力与物体所受浮力相比____________（选填“偏大”或“偏小”）。（3）为了使实验结论更具有普遍性，小明应该____________（选填序号）。A．多次测量取平均值B．换用其他液体多次实验C．换用其他弹簧测力计多次实验【答案】F1-F2=F3-F4偏小B【解析】（1）该物体受到的浮力F浮=G-F拉=F1-F2排开液体重力G排=G总-G桶=F3-F4阿基米德原理的内容是浸入液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体受到的重力，即F浮=G排，因此如果四次测量值满足F1-F2=F3-F4的关系时，即可验证阿基米德原理。（2）因为浸没，所以物体体积为物体密度溢水杯的水没装满，物块放入溢水杯时，先要使溢水杯满了才可以向外排水，导致排开水的重力偏小，则测得的浮力F浮大于排开水的重力G排。（3）为了使实验结论更具有普遍性和代表性，该同学应换用其他的液体进行实验，故选B。6．同学们在学习“阿基米德原理”这节课上，仔细观察了老师做的如图所示的演示实验。物理兴趣小组的同学们经过讨论，提出阿基米德原理的成立，是否一定要以物体全部浸入液体为前提条件，于是提出了一个新的实验方案，并动手制作出了如图所示实验装置，其中A、B为两个规格相同的弹簧测力计，C为重物，D为薄塑料袋（质量不计），E是自制的溢水杯，F是升降平台（摇动手柄，可使平台高度缓慢上升、下降），G为铁架台。（1）实验中，同学们逐渐调高平台F，使重物浸入水中的体积越来越大，观察到弹簧测力计A的示数______，弹簧测力计B的示数______（选填“变大”、“变小”或“不变”），此过程说明物体所受浮力与物体排开液体的体积有关；（2）多次记录弹簧测力计A的示数变化量FA′和弹簧测力计B的示数变化量FB′，并比较物体不同程度浸入液体时，以上两个变化量之间的大小关系，发现FA′______FB′（选填“>”“<”或“=”），由此证明了阿基米德原理的成立______（选填“需要”或“不需要”）以物体全部浸入液体为前提条件，该新实验方案的优点是______（写出其中一条，合理即可）；（3）若在实验中物体C接触水面前测力计A的示数为5N，物体C浸没后测力计A的示数为3N，则物体的密度为______kg/m3。（g取10N/kg）【答案】变小变大=不需要实验操作方便2.5×103【解析】（1）调高平台F时，重物排开的水的体积增大，受到的浮力增大，则弹簧测力计A的示数变小，而薄塑料袋中，水的体积增大，质量增大，所受的重力变大，那么测力计B的示数变大。（2）弹簧测力计A的示数变化量FA′即是物体浸入水中时，排开对应水所受浮力的大小，而测力计B的示数变化量FB′是物体排开的那部分水的重力，且无论重物浸入程度如何，都有FA′=FB′这就说明了阿基米德原理成立不需要物体全部浸入液体中。这个实验中，通过调节平台F的高度便可控制重物浸入水中的体积，重物浸入水中时的浮力由测力计A的示数变化可求出，而排开的水的重力直接从测力计B得出，这样操作起来更方便，且读数更直接。（3）由题意知，物体C的质量浸没后，物体的体积与其排开水的体积相同，受到的浮力F浮=G-F示=5N-3N=2N则物体C的体积C的密度7.小雪在学习了阿基米德原理之后，在家里自己动手制作了如图所示的装置，他想通过这个装置来验证阿基米德原理的正确性，以下是他的实验过程：①在弹簧下方挂着一个空小桶，并在小筒的下方挂上重物G；②将一水杯放在升降机上，像溢水杯中装满水，调节升降机高度至水面，刚好到达重物G下表面；③记录弹簧下端指针所指的刻度尺的位置L1；④缓慢升高升降机，让重物G完全浸没入水中后，继续升高溢水杯到某一高度，用小烧杯A承接溢出的水，同时记录指针所指位置L2；⑤保持升降机的位置不动，将烧杯A中的水倒入空桶中，同时记录此时指针所在位置L3，（整个过程重物G始终没有碰到溢水杯底部）。（1）在实验④的过程中，弹簧的拉力变化曲线如下图所示，正确的是（2）小雪将烧杯A中的水倒入空桶中，通过现象，证明阿基米德原理成立。（3）实验④⑤过程中，重物G的高度变化情况是如下图，正确的是（4）你认为这样设计实验的好处是。【答案】（1）B；（2）L3＝L1；（3）C；（4）减小误差。【解析】（1）根据称重法可知，弹簧拉力F＝G﹣F浮；根据F浮＝ρ液gV排可知，随着升降机升高，重物G浸入水中的体积越来越大，其受到的浮力变大，则拉力F变小，当重物G浸没后，浮力保持不变，则拉力也保持不变，故B图象符合。（2）在步骤③中，弹簧受到的拉力F＝G，指针所指的刻度尺位置L1；由于将烧杯A中的水倒入空桶中，则弹簧受到的拉力F′＝G﹣F浮+G排，若指针所在位置L3与位置L1相同，则拉力F′＝F，则说明F浮＝G排，这样即可证明阿基米德原理成立。（3）实验④过程中，随升降机的升高，重物G受到的浮力变大，拉力减小，重物G的高度也升高，当重物G浸没后，浮力保持不变，重物G的高度不再变化；实验⑤过程中，将烧杯A中的水倒入空桶中，由于弹簧受到的拉力变大，重物G随着弹簧的伸长物G的高度下降，当烧杯A中的水全部倒入空桶中，重物G的高度又回到原来的高度；故图象C符合；（4）改进后的优点减小误差。8．如图所示是小芳同学探究“阿基米德原理”的实验，其中桶A为圆柱形。（1）如图甲、乙所示，小沿同学用弹簧测力计分别测出了空桶A、B的重力，则B桶重______N；（2）如图丙所示，将空桶A轻放入盛满水的溢水杯中，用桶B接住溢出的水，则空桶A受到的浮力为______N；（3）接着小芳同学往桶A中加入沙子进行实验，得到4组数据，表格如下，其中有明显错误的是第______次，实验中，随着加入沙子越多，桶浸入水中就越______（选填“深”或“浅”）；实验次数1234桶A与沙子的总重量/N2.42.83.23.4桶B与水的总重量/N4.04.44.65.0（4）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，浮力大小等于该物体____________；（5）小芳同学进一步探究，她将装有适量沙子的桶A分别放入水中和另一未知液体中，桶A浸入水中的深度为h1，浸入另一液体中的深度为h2，设水的密度为ρ水，则另一液体的密度表达式为____________（用题中所给和所测物理量的字母表示）。【答案】1.62.03深排开的液体受到的重力【解析】（1）从图乙可以看到，弹簧测力计的量程是0~5N，分度值是0.2N，指针指在刻度1往下第3个刻度，则它的读数是1.6N，则B桶重1.6N。（2）观察图丙，根据阿基米德原理可知，空桶A受到的浮力大小等于它排开的水所受的重力，从[1]解析可知，B桶重1.6N，从图丁可以看到，弹簧测力计的量程是0~5N，分度值是0.2N，指针指在刻度3往下第3个刻度，则它的读数是3.6N，即B桶和里面的水总重力是3.6N，则这些水的重力这些水的重力是2.0N；桶A受到的浮力大小等于它排开的水所受的重力，则桶A受到的浮力大小是2.0N。（3）由表格数据可知，桶A与沙子的总重量从2.4N增加到2.8N，增加量桶B与水的总重量从4N增加到4.4N，增加量即而第3次实验中桶A与沙子的总重量从2.8N增加到3.2N，增加量桶A与水的总重量从4.4N增加到4.6N，增加量即故错误的是第3次。随着加入沙子越多，桶A与沙子的总重力增大，因为漂浮，所以浮力增大，由阿基米德原理可知，排开水的体积增大，则桶A浸入水中就越深。（4）由上述解析可知，空桶A受到的浮力为2.0N，该物体排开的水受到的重力，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，浮力大小等于该物体排开的液体受到的重力。（5）装有适量沙子的桶A始终处于漂浮状态，所受浮力大小等于本身的重力大小，则设圆柱形桶A底面积为S，则装有适量沙子的桶A在水中排开的体积装有适量沙子的桶A在未知液体中排开的体积根据阿基米德原理得所以另一液体的密度表达式为。9.（2020贵州毕节）如图所示是探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系实验。(1)把物体慢慢浸入水中直到全部没入的过程中，物体受到的浮力逐渐变_____（填“大”或“小”）；(2)物体浸没在装满水的溢水杯后，水会流入空桶中，各步骤中弹簧测力计的示数已在图中标明，通过实验可得：F浮＝G排＝_____N。【答案】(1)大(2)1【解析】(1)当物体慢慢浸入水中，排开的体积逐渐变大，由F浮＝ρ水gV排可知，物体受到的浮力逐渐变大。(2)若溢水杯装满水，则戊图与甲图测力计的读数差应该与物体实际所受浮力大小相等，即F浮＝G排＝1.5N﹣0.5N＝1N10．小红设计了如图所示的实验来探究“浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”。（1）实验的最佳顺序是___________。A．甲、乙、丙、丁B．丁、甲、乙、丙C．乙、甲、丁、丙（2）图乙中物体受到的浮力是___________N。通过实验可得到的结论是：浸在液体中的物体，受到的浮力大小等于它___________。（3）以下情况会影响结论的是___________。A．图乙中水面未到达溢水杯的溢水口B．图乙中物体未全部浸没在水中（4）将图乙中的水换成酒精（ρ酒精=0.8×103kg/m3），物体受到的浮力___________。（选填“变大”“变小”或“不变”）（5）小红利用上述实验中的器材和木块，探究“漂浮在液面上的物体所受浮力的大小是否遵循阿基米德原理”，实验过程中___________