实验11 探究浮力大小与排开液体所受重力的关系（原卷版）

实验11探究浮力大小与排开液体所受重力的关系一、浮力1.浮力的定义：浸在液体（或气体）中的物体受到竖直向上的力，这个力叫做浮力。注意：“浸在”包括“部分浸入”和“全部浸入（即浸没）”两种情况，也就是说浸没在液体内部和浮在液体表面的物体都受到浮力的作用。2.浮力的方向：竖直向上。无论物体的形状如何、是否运动，也无论液体（静止的液体）如何放置，浸在液体中的物体受到的浮力的方向总是竖直向上的。3.浮力的施力物体与施力物体（1）浮力的施力物体：液体（或气体）。（2）浮力的受力物体：浸在液体（或气体）中的物体。二、浮力大小跟物体排开液体所受重力的关系【提出问题】物体所受的浮力的大小与物体排开液体所受重力存在怎样的定量关系？【猜想与假设】浮力的大小可能等于物体排开的液体所受的重力。【制定计划与设计实验】（1）使用弹簧测力计利用称重法得出石块所受的浮力；（2）收集实验中石块排开的水，测出被排开的水所受的重力，比较浮力和杯排开的水的重力的大小；（3）换用不同质量的小石块，重复上面的实验，寻找规律。【实验器材】弹簧测力计、小石块、细线、溢水杯、小桶、水等。【进行实验】第一步：测出小石块的重力；第二步：测出空桶的重力；第三步：将溢水杯装满水（液面与溢水口平齐），把小石块缓慢（不要晃动，以免排开水量偏多）放入杯中，读出此时弹簧测力计的示数，并用小桶收集溢出的水；第四步：测出小桶和排开水的总重力，比较浮力和排开水的重力的关系；第五步：换用不同质量的小石块，重复上述步骤（多次实验，使结论更具普遍性），记录实验数据。【记录数据】次数①小石块的重力/N②空桶的重力/N③弹簧测力计的示数/N④桶和水总重/N浮力/N排开水的重力/N12.01.01.02.01.01.022.81.01.42.41.41.433.61.01.82.81.81.8【实验结论】浸在液体中的物体，受到的浮力大小与它排开的液体所受的重力大小相等。（2024•秦安县校级模拟）为了探究浮力的相关规律，小明进行了如下探究：（1）通过比较四幅图的数据，可知浮力大小等于物体排开液体所受的重力；（2）在步骤C的操作中，如果将石块的位置缓慢下降一些，使其浸没水中的深度增加且不碰底，物体静止时，弹簧测力计的示数将（选填“变大”“变小”或“不变”）；（3）另一小组在步骤C的操作中，将石块的一部分浸在水中，其他步骤操作正确，则（选填“能”或“不能”）得到与（1）相同的结论；（4）结合图中信息可知，图F中弹簧测力计的示数为N，图E中盐水的密度为kg/m3。（2024•靖江市校级二模）某兴趣小组为了验证阿基米德原理，设计并开展了如下的实验：步骤一：取一个如图甲所示的塑料圆筒和金属圆柱体（塑料圆筒容积和金属圆柱体体积相同），按图乙进行操作，读出弹簧测力计的示数为F1；步骤二：如图丙所示，向烧杯中加水使金属圆柱体刚好浸没，读出弹簧测力计的示数为F2；步骤三：如图丁所示，用滴管向塑料圆筒中加满水，调节测力计的悬挂高度，保证金属圆柱体浸没于水中且不与烧杯底部接触，读出弹簧测力计的示数为F3。（1）如图丙所示，此时金属圆柱体受到的浮力大小为（用题中物理量符号表示）。（2）步骤三完成后，小桶中滴入的水的重等于金属圆柱。（3）若实验中的测量结果满足的关系（用题中物理量符号表示），则可以验证阿基米德原理。（4）另一小组同学用相同的器材完成实验时，测力计未校零就进行了实验，若该小组同学实验中所有的读数均正常，则该小组将发现圆柱体受到的浮力它排开水的重力。（选填“大于”“小于”或“等于”）（2024•兴宁市校级一模）某班物理实验小组的同学，在实验中验证阿基米德原理。（1）方案一：小军用石块按照如图1甲所示的实验步骤依次进行实验。①由图甲可知，石块浸没在水中时排开水的重力G排＝N，发现F浮≠G排，造成这种结果的原因可能是（填序号）。A、最初溢水杯中的水未装至溢水口B、整个实验过程中，弹簧测力计都没有校零C、步骤C中，石块浸没后，碰触到溢水杯的底部②小军改正错误后，得到石块浸没在水中的浮力为1N，则石块密度为kg/m3；（2）方案二：如图1乙所示，小川同学将装满水的溢水杯放在升降台C上，用升降台来调节水杯的高度。当小川逐渐调高升降台时，随着重物浸入水中的体积越来越大，弹簧测力计A示数的变化量B示数的变化量（选填“大于”、“小于”或“等于”），从而证明了F浮＝G排。在这个过程中溢水杯对升降台C的压力（选填“变大”、“变小”或“不变”）。（3）小军实验后用如图2方法测量石块密度，在烧杯中装入适量水并将一个木块放入烧杯中，水深为h1；把小石块放在木块上，水深为h2；再将小石块放入水中，水深为h3。已知水的密度为ρ水，则石块密度为ρ石＝。（2024•济南）小东在学习“阿基米德原理”时，发现老师研究的物体都是在液体里下沉的，于是他想用木块验证“漂浮在液体中的物体所受浮力的大小F浮是否等于物体排开的液体所受重力的大小G排”。（1）小东在设计实验时，通过推理得到了一种间接验证的方法。推理过程如下：因为木块漂浮在水中，所以木块所受浮力的大小F浮等于木块所受重力的大小G木。若要验证F浮是否等于G排，只需验证，又因为G＝mg，所以只需验证m木是否等于m排，于是，小东找来了电子秤（可直接显示物体质量）、溢水杯和小烧杯进行实验，实验步骤如下：a.用电子秤测量木块的质量m木；b.用电子秤测量小烧杯的质量m杯；c.把木块轻轻放入装满水的溢水杯中，用小烧杯收集从溢水杯中被木块排开的水；d.用电子秤测量小烧杯和排开的水的总质量m总。（2）实验数据记录如表所示：研究对象木块质量m木/g小烧杯质量m杯/g杯、水总质量m总/g排开水的质量m排/g木块8038118分析表格中的实验数据，得出结论：漂浮在液体中的物体所受浮力的大小F浮与物体排开的液体所受重力的大小G排。（3）在和同学交流分享时，小华认为以上实验过程可以更加简化，如图乙所示，只需将装满水的溢水杯放在电子秤上，将木块轻轻放入溢水杯的同时用手拿着小烧杯收集排开的水，等溢水杯中不再有水溢出时，拿走小烧杯，若观察到，即可得到F浮＝G排。（4）小明梳理小东的推理过程时发现，下沉的物体不能通过“m物是否等于m排”间接验证“F浮是否等于G排”，原因是。（2024•南岗区校级四模）小玲和小新想要探究“浮力大小与排开液体的质量的定量关系”。实验次数石块空气中时弹簧测力计示数F1/N石块浸没在水中时弹簧测力计示数F2/N排出水的质量m/kg184.80.3224.52.70.18331.80.12（1）小玲将石块用细线悬挂在竖直的弹簧测力计的下方，当测力计与物体静止时，记录此时测力计的示数为F1，小玲指出此时测力计的示数即为石块的重力，其依据是：。（2）将溢水杯中装满水，用测力计钩挂石块，使石块浸没在水中，读出此时弹簧测力计的示数为F2，则石块受到的浮力F浮＝（用所测量的物理量表示）。（3）用托盘天平测量出被石块从溢水杯排到小烧杯中水的质量记为m。换用不同大小的石块多次实验，并将测得的实验数据整理至表格中如表格所示。（4）请你帮助他们分析实验数据并得到结论。（5）在本实验完成后，小玲想要进一步测量本实验使用的石块的密度，小新说无需测量，用现有的数据就可以计算得到石块的密度。请你用上面测量得到物理量的符号，写出石块密度的表达式：ρ石＝（水的密度用ρ水表示）。（2024•张店区一模）“探物”小组利用弹簧测力计、金属块、溢水杯等器材，探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系。（1）操作过程如图所示，为了使操作更加简便且能减小误差，更加合理的顺序是（选填“甲、乙、丙、丁”）。（2）若F1、F2、F3、F4之间满足的关系，则可以得出金属块所受浮力的大小等于它排开液体所受重力的结论。（用图中物理量符号表示）（3）小明认为实验过程中，只将金属块的一部分浸在水中是得不出实验结论的。结合所学，你认为他的说法（选填“正确”或“不正确”）；若实验过程中，溢水杯中的水没有装满，则F浮G排（选填“＞”、“＜”或“＝”）。（4）金属块从水面缓慢浸入水中时，根据实验数据描绘出的弹簧测力计示数F随金属块浸入深度h变化的关系图象如图戊所示。分析图象可得：h＝4cm时，金属块受到的浮力为N；金属块浸没后，水对金属块底部的压强是Pa；金属块的密度是kg/m3。（g＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3）（2024•当阳市校级模拟）如图所示是小致同学“探究阿基米德原理”的实验，其中桶A为圆柱形。次数1234桶A与沙子的总重力/N2.42.83.23.4桶B与水的总重力/N44.44.65（1）小致按图甲、乙、丙、丁进行实验操作。（2）将空桶A轻放入盛满水的溢水杯中，用桶B接住溢出的水，如图丙所示，此时空桶A受到的浮力为N。（3）测出桶B和流出水的总重力，如图丁所示，可知桶A排开水的重力（选填“大于”“等于”或“小于”）桶A受到的浮力。（4）接着小致同学往桶A中加入沙子重复进行实验，观察到随着加入沙子越来越多，桶A浸入水中的深度（桶A没有被浸没）（选填“变深”“不变”或“变浅”），得到4组数据，表格如下，其中有明显错误的是第次。（5）如图戊所示，一只薄塑料袋（重力忽略不计）中装入大半袋水，用弹簧测力计测出盛水的塑料袋所受重力的大小，再将它逐渐侵入水中，当时，观察到测力计的示数为零，原因是。（2024•蕲春县一模）在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中，苗苗用图甲所示的步骤进行了实验：（1）金属块全部浸没在水中时，受到的浮力是；（2）观察C、D两图，可得出金属块在完全浸没液体时受到的浮力大小与浸入液体中的深度（选填“有关”或“无关”）；（3）由D、E两图可得出结论：物体受到的浮力大小与有关；（4）苗苗还想用图乙所示装置验证阿基米德原理。她将弹簧测力计P进行改装，将印有刻度的薄纸板插入刻度盘右侧，盖上左侧刻度，把金属块挂在测力计P的挂钩上，上下移动纸板，使弹簧测力计的指针正对右侧零刻线处：①将装满水的溢水杯放在升降台上，用升降台来调节溢水杯的高度。当逐渐调高升降台时，苗苗发现随着金属块浸入水中的体积变大，弹簧测力计Q的示数变大，此时弹簧测力计P的示数会；（选填“变大”“变小”或“不变”）②在图乙中，已知金属块是底面积为100cm2，高为8cm，重为10N的实心长方体，从重物刚接触水面开始，将升降台缓慢上升6cm，则重物最终浸入的深度为cm。（弹簧测力计每1N的刻度线间距为0.5cm）（2024•商丘一模）在“探究影响浮力大小的因素”实验中，小明根据生活经验，提出了浮力的大小可能与下列因素有关的猜想。A．与物体浸入液体中的深度有关；B．与物体排开液体的体积有关；C．与液体的密度有关。（1）进行探究时，实验步骤和弹簧测力计的示数如图1所示。其中序号c中物体P所受浮力的大小为N，物体P的密度为kg/m3（ρ水＝1.0×103kg/m3，g＝10N/kg）；（2）分析三次实验，可知浮力的大小与物体排开液体的体积有关；分析a、d、e三次实验，液体密度越大，物体受到的浮力（选填“越大”或“越小”）；（3）小明接着又探究了“浸在液体中的物体所受浮力跟它排开液体所受重力的关系”，过程如图2所示，其中弹簧测力计的示数依次是F1、F2、F3、F4；①探究操作的最合理顺序是（将字母排序），若图中F1、F2、F3、F4四个力之间的关系式成立，就可得出结论F浮＝G排；②图2中会影响该探究结论能否正确得出的是（选填字母）。A．c中水面未到达溢水杯的溢水口；B．c中物体没有全部浸入在水中。（2024•永修县模拟）小玲和小新在学完《阿基米德原理》这节课后，利用石块进行实验探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系。（1）小玲安装如题图甲所示步骤进行实验，正确的测量顺序应该是；（2）图甲②步骤中弹簧测力计示数