2020年中考物理 必考25个实验考学练 实验14 探究浮力大小影响因素实验（含解析）

实验十四、探究影响浮力大小的因素实验【实验目的】探究浮力的大小与哪些因素有关【实验器材】透明玻璃筒、鸡蛋、食盐、弹簧测力计、金属圆柱体、细线、烧杯、小石块【实验原理】称重法测浮力：F浮=G-F【实验步骤】①把鸡蛋放入盛水的透明玻璃筒中，鸡蛋沉入筒底，然后向水中撒盐并搅动，观察鸡蛋的浮沉情况。②用弹簧测力计提着金属圆柱体慢慢浸入水中，观察弹簧测力计的示数变化情况，③用弹簧测力计提着小石块浸没在水中，改变其深度观察弹簧测力计的示数变化情况，【实验结论】物体在液体中所受浮力的大小不仅与液体的密度有关，还与物体排开液体的体积有关，而与浸没在液体中的深度无关。【考点方向】1、探究浮力的大小跟哪些因素有关的实验中，用到了“称重法”测浮力：=-FGF浮拉，弹簧测力计的示数越小，说明物体受到的浮力越大。2、探究浮力的大小跟哪些因素有关，实验中利用“控制变量法”，把多因素问题变成多个单因素问题。3、注意完全浸没和不完全浸没对实验的影响。4、实验原理：称重法。5、弹簧测力计自身重力和细线以及盐水的浓度会对实验产生一定的误差。6、换用不同的物体和液体重复实验目的是：避免实验偶然性，得出影响浮力大小影响的普遍性规律。7、用手拉弹簧测力计的不知之处是：读取数据时易受晃动而影响测量结果。8、通过实验可以得出影响浮力大小的根本因素是：排开液体的重力。9、浮力与物体排开液体的体积有关，其他因素一定时，排开液体体积越大，浮力越大。10、浮力与液体的密度有关，其他因素一定时，液体的密度越大，浮力越大。11、浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关。【创新母题】：为探究物体在水中受到的浮力大小与浸入水中的体积和深度的关系，小明和小华把装满水的溢水杯放到台秤上，溢水杯口下方放置一空量筒。用细线系住金属块并挂在弹簧测力计上，测力计示数为G．然后将金属块缓慢浸入水中，且始终不与杯接触，如图。（1）金属块浸没前的过程中，测力计示数逐渐变小，说明浮力大小逐渐。据此，小明认为金属块受到的浮力随浸入水中的深度增大面增大；而小华则认为浮力随浸入水中的体积增大而增大，根据以上实验你认为下列说法正确的是。A．只有小明的观点合理B．只有小华的观点合理C．两人的观点都不合理D．两人的观点都合理（2）接下来他们继续实验，增大金属块浸没在水中的深度，发现测力计的示数始终不变且为F，据此可得出的观点不具有普遍性。这个过程中金属块受到的浮力F浮=。（3）为了深入研究，他们测出量筒中水的体积V排，水的密度用ρ水表示，其重力G排=，通过比较数据发现F浮=G排，换用不同的物体和液体重复上述实验，都能得出F浮=G排，说明决定浮力大小的根本因素是。（4）从金属块开始浸入直至浸没一定深度的过程中台秤的示数变化情况是。（5）小明做实验时，用手握弹簧测力计有些晃动，导致数据偏差较大，请写出一种改进措施：。（6）小华进行第二次实验时发现金属块排开水的重力明显小于所受到的浮力，请指出实验操作中可能造成这种结果的原因：。【答案】（1）变大；D；（2）小明；G﹣F；（3）ρ水V排g；G排；（4）一直不变。（5）将弹簧测力计固定在铁架台上，通过改变铁夹的高度来改变浸入水中的多少；（6）溢水杯没有装满。【解析】（1）金属块浸没前的过程中，测力计示数逐渐变小，根据F=G﹣F浮可知，说明浮力大小逐渐变大；金属块浸没前的过程中，小明认为金属块受到的浮力随浸入水中的深度增大而增大；而小华则认为浮力随浸入水中的体积增大而增大，根据以上实验两人的观点都合理，故说法正确的是D；（2）接下来他们继续实验，增大金属块浸没在水中的深度，发现测力计的示数始终不变且为F，据此可得出浮力与物体完全浸没在液体中的深度无关，故小明的观点不具有普遍性；这个过程中金属块受到的浮力根据F=G﹣F浮可知，F浮=G﹣F；（3）量筒中水的体积V排，水的密度用ρ水表示，其重力G排=m排g=ρ水V排g，通过比较数据发现F浮=G排，换用不同的物体和液体重复上述实验，都能得出F浮=G排，说明决定浮力大小的根本因素是G排。（4）对台秤受力分析可知：受溢水杯和水竖直向下的重力，金属块向下的压力F压=F浮，由平衡条件得：台秤对容器的支持力FN=G+F压；从金属块开始浸入直至浸没一定深度的过程中G、F浮不变，故台秤的示数变化情况是一直不变。（5）实验中，由于握着测力计的手臂晃动，导致测力计示数不稳定，读数困难，可以将弹簧测力计固定在铁架台上，通过改变铁夹的高度来改变浸入水中的多少。（6）在实验中，排除测量误差因素的影响，兴趣小组发现金属块排开水的重力明显小于所受的浮力，可能造成这种结果的原因：溢水杯没有装满水，造成溢出水的体积小于排开水的体积。练习1：（2019·德州）在探究“浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中(如图所示),小明先用弹簧测力计测出金属块的重力,然后将金属块缓慢浸入液体中不同深度,步骤如图B.C.D.E.F所示(液体均未溢出),并将其示数记录在表中：实验步骤BCDEF弹簧测力计示数/N2.22.01.71.71.9(1)分析比较实验步骤A和___，可得出：浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关；分析比较A.B.C.D可知：浮力大小与物体___有关；分析实验步骤A.E.F可知：浮力的大小还与___有关。(2)分析实验数据可知,F中液体密度___(选填“大于”、“小于”或“等于”)水的密度。(3)金属块浸没在水中时受到的浮力大小是___N,金属块密度为___kg/m3.(水的密度ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。【答案】（l）D、E；排开液体的体积；液体的密度；（2）小于；（3）1；2.7×l03。【解析】（1）研究物体受到的浮力大小与物体浸没在液体中的深度关系，要控制排开液体的体积和密度相同，只改变浸没在液体中的深度，故由ADE图可知，物体排开液体的体积相同时，液体的密度相同，浸没的深度不同，浮力相同，所以物体受到的浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关。研究物体受到的浮力大小与物体排开液体的体积关系，要控制排开液体的密度相同，由分析比较A、B、C、D可知，液体的密度相同时，物体排开液体的体积不同，浮力不同，所以物体受到的浮力大小与物体排开液体的体积有关。由分析比较A、E、F可知：图知，排开液体的体积相同，而排开液体的密度不同，浮力大小不同，故可得出结论：物体受到的浮力大小与液体的密度有关。（2）根据称重法可知：物块在水中受到的浮力为：F浮=G-F=2.7N-1.7N=1N；物块在另一液体中受到的浮力为：F浮′=2.7N-1.9N=0.8N；根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排知物体排开液体的体积相同时，密度越大，受到的浮力越大，故F中液体密度小于水的密度。（3）物块在水中受到的浮力为：F浮=G-F=2.7N-1.7N=1N；V排=F浮/gρ=1N/(10N/kg×1×103kg/m)=10-4m3金属块的体积：V=V排；金属块的质量：m=G/g=2.7N/10N/kg=0.27kg；金属块的密度：ρ=m/v=0.27kg/10-3m3=2.7×l03kg/m3。练习2：（2019·绥化）如图所示是“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验装置和实验过程中弹簧测力计挂着同一金属块的示数。(1)金属块浸没在水中时，受到的浮力是___N。(2)分析图丙、丁可知,浮力大小跟物体浸没在水中的深度___(选填“有关”或“无关”)。(3)分析___两图可知,浸在液体中的物体所受浮力大小跟液体密度有关。戊图中盐水的密度是___kg/m3.如果在实验中不小心使戊图中的金属块接触了容器底且与容器底有力的作用，此时测量出的盐水密度值将如何变化，并分析原因___。(4)实验中由于握着测力计的手臂易晃动，导致测力计示数不稳定，读数困难。请你写出一种改进措施___。【答案】（1）2；（2）无关；（3）丁、戊；1.2×103；偏大，金属块与容器底有力的作用，则测力计示数变小，导致F示盐水变小，根据称重法，故F浸盐水变大，根据ρ盐水=ρ水F浸盐水/F浸水知，测量的盐水密度值将偏大；（4）将弹簧测力计固定在铁架台上，通过改变铁夹的高度来改变浸入水中的多少。【解析】（1）根据称重法测浮力，金属块在水中受到的浮力为：F浮=G-GC=4.8N-2.8N=2N；（2）分析丙、丁两图，当金属都块浸没在水中后，金属块的深度不同，但测量力计示数相同，根据称重法测浮力：F浮=G-G′知，所受浮力的大小大小相同，故得出当金属块浸没在水中后，所受浮力大小跟物体浸没在水中的深度无关；（3）比较图丁戊，排开液体的体积相同，而排开液体的密度不同，两图中，测力计示不同，根据称重法，可知金属块受到的浮力不同，故由实验数据可得到的结论是：浸在液体中的物体受到浮力的大小与液体密度有关；金属块浸没在水中受到的浮力：F浸水=2N------①，根据阿基米德原理有：F浸水=ρ水gV排水=ρ水gV物-----②，由图甲戊知，金属块浸没在盐水中受到的浮力：F浸盐水=4.8N-2.4N=2.4N------③，根据阿基米德原理有：F浸盐水=ρ盐水gV排盐水=ρ盐水gV物------④，由②④得：ρ盐水=ρ水F浸盐水/F浸水-------⑤；将①③代入⑤得：ρ盐水=2.4N/2N,ρ水=1.2×103kg/m3；如果他在实验中不小心使E图中物体接触了容器底且与容器底有力的作用，则测力计示数变小，导致F示盐水变小，根据称重法，故F浸盐水变大，根据ρ盐水=ρ盐水=ρ水F浸盐水/F浸水知，测量的盐水密度值将偏大。（4）实验中，由于握着测力计的手臂晃动，导致测力计示数不稳定，读数困难，可以将弹簧测力计固定在铁架台上，通过改变铁夹的高度来改变浸入水中的多少。练习3：（2019·赤峰）如图所示，是探究同一物体所受浮力大小与哪些因素有关的实验过程。（1）两次实验证明物体所受浮力随物体排开液体积的变化而变化（选填实验序号）。（2）进行乙、丙两次实验是为了探究物体所受浮力大小与关系。（3）由丙、丁两次实验可知：完全浸没在同种液体中的物体，所受浮力大小与无关。【答案】（1）甲、乙；（2）液体密度；（3）物体浸没的深度。【解析】（1）要通过实验证明物体所受浮力随物体排开液体积的变化而变化，应控制液体的密度不变，改变物体排开液体的体积，由图可知，甲、乙两次实验符合。（2）进行乙、丙两次实验时，物体排开液体的体积相同，而液体的密度不同，所以是为了探究物体所受浮力大小与液体密度的关系。（3）由丙、丁两次实验可知：排开液体的体积和液体的密度相同，而所处的深度不同，弹簧测力计的示数不变即物体受到的浮力不变，则物体所受浮力大小与浸没的深度无关。练习4：（2019·贵阳）小明运用浮力相关知识制作了可以用来测量物体质量的“浮力秤”其构造如图所示，在水平支架的左端固定刻度盘，支架横梁两端各固定一个滑轮，将一根无弹性的细绳跨过两个滑轮，细线的一端悬挂砰盘，另一端连接装有适量细沙的圆柱形浮筒（浮筒自重不计），在线的适当位置固定一根大头针作为指针，把浮筒浸入装有适量水的水槽中，称量时，把待测物体放入砰盘后，指针下降浮筒上升，静止后，待测物体的质量就可以通过指针在刻度盘上的位置反映出来。请你回答下列问题（不计细线、砰盘、指针的质量以及线与滑轮的摩擦）（1）为了制作量程为1kg的浮力秤，向砰盘添加1kg的砝码，逐渐向空浮筒内加入细沙，当浮筒的______（选填“上”或“下”）表面刚好与水面齐平并保持静止时，在刻度盘上将指针所指的位置标定为最大刻度线。（2）取下砝码，当浮筒受到______力和______力是一对平衡力时，浮筒能直立地浮在水面上静止，此刻度所指的位置应标定为零刻度线，在均匀地标定其余刻度线。（3）若将质量为m（m1kg）的待测物体放在砰盘上，当浮筒静止时其下表面距离水面的距离是h，若细沙的质量是M，浮筒的横截面积是S，水的密度为ρ水，请写出待测物体质量的表达式m=____________。（4）若将原来的浮筒更换为长度相同、横截面积更小的另一个浮筒，细沙的质量和细线的长度等不变，则重新标定的刻度线与原来刻度线相比发生变化的是____________（选填“零刻