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实验12 探究浮力的大小与哪些因素有关
基础考点梳理
1. 实验装置图（如图）
2. 实验器材
（1）弹簧测力计的使用及读数
（2）实验中所使用物体的选取：a.物体的密度要 大于 实验所用液体的密度；b.应选用体积较大的物体，因为体积越大，能变化的体积越大，浮力变化越大，实验效果越明显．
3. 测量浮力的方法：用称重法计算浮力F浮＝G－F拉
（1）探究浮力的大小与物体排开液体体积的关系：
用弹簧测力计吊着同一个物体，使物体浸入相同液体中的体积不同，观察弹簧测力计的示数
（2）探究浮力的大小与浸没的深度的关系：
用弹簧测力计吊着同一个物体，使物体浸没在同种液体的不同深度处，观察弹簧测力计的示数
（3）探究浮力的大小与液体密度的关系：
用弹簧测力计吊着同一个物体，使物体分别浸没在不同密度液体的同一深度处，观察弹簧测力计的示数
（4）探究浮力的大小与物体密度的关系：
用弹簧测力计吊着体积相同、不同密度的物体，使物体浸没在同种液体的同一深度处，观察弹簧测力计的示数
（5）探究浮力的大小与物体形状的关系：
用弹簧测力计吊着体积、密度相同但形状不同的物体，使物体浸没在同种液体的同一深度处，观察弹簧测力计的示数
4. 实验过程中的弹簧测力计示数和物体所受浮力大小分析[F拉－h和F浮－h图像（如图甲、乙）分析]
（1）同一个物体从开始浸入某一种液体到完全浸没的过程中，弹簧测力计的示数不断 减小 ，物体受到的浮力逐渐 增大 ；当物体在液体中浸没后不断下降的过程中，弹簧测力计的示数 不变 ，物体所受到的浮力 不变 ．
（2）F拉和F浮之和为定值（F浮＋F拉＝G）.
5. 实验结论：物体在液体中所受浮力的大小，跟它 浸在液体中的体积 、 液体的密度 有关，物体浸入液体中的体积越大、液体的密度越大，浮力就越大；与物体的形状、物体的密度和浸没的深度无关.
6. 交流反思
（1）实验过程中物体不能碰到杯底或杯壁；
（2）实验时，选用不同的物体和液体多次实验的目的是使结论具有普遍性．
7. 实验方案的改进[图丙所示的原理图与原实验装置相比，此实验装置的优点：弹簧测力计的示数更加稳定，读数更准确（原实验装置中由于提着测力计的手臂易晃动，导致测力计示数不稳定，读数困难）]
典型例题赏析
实验结论：物体在液体中所受浮力的大小，跟它排开液体的体积和液体的密度有关．
（1）液体的密度一定时，物体浸入液体中的体积越大，物体所受的浮力越大.
（2）物体浸入液体中的体积一定时，液体的密度越大，物体所受的浮力越大.
1.在“探究影响浮力大小的因素”实验中，小组同学根据生活常识，提出了浮力大小可能与下列因素有关的猜想：
常识 猜想
常识1：大小相同的木块跟铁块，木块漂在水面，铁块沉在水底 常识2：鸡蛋在水中下沉，在盐水中可以浮起来 常识3：人在水中越往深处走，觉得身体越来越轻 猜想1：浮力大小与液体的密度有关 猜想2：浮力大小与物体排开液体的体积有关 猜想3：浮力大小与物体的质量有关
（1）上述猜想中符合常识2的是猜想__猜想1__（填序号）.
（2）实验小组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，实验步骤如下图所示（液体均未溢出），并将弹簧测力计示数记录下来．
（3）分析数据可知，金属块浸没在水中时受到的浮力大小是 2 N，金属块浸没在盐水中时受到的浮力大小是 2.4 N.
要点1.测量原理：F浮＝G－F示
（4）分析步骤a、c、d可知，在同种液体中，物体所受浮力大小与物体浸没在液体中的深度 有关 （选填“有关”或“无关”）；分析三个实验步骤 abc （填序号）可知，在同种液体中，物体排开液体的体积越大，物体受到的浮力 越大 ．
（5）第（4）问猜想还可以通过理论推导来找依据。请利用“浮力产生原因“的知识，以圆柱体浸没前的过程为例，通过理论公式推导，并说明上一问的猜想因素才是决定浮力大小变化的根本原因 。
要点2.探究浮力的大小与物体排开液体的体积的关系：
需要控制液体的密度相同，改变物体排开液体的体积大小
（6）分析实验步骤a、d、e可知，物体排开液体的体积一定时， 液体密度越大，则所受浮力越大 ．
（7）（绘制图像）请在图乙中绘制出金属块从刚接触水面到浸没在水中至图d过程中所受浮力F与浸入水中深度h关系的图像，并标出金属块浸没时的点A.
要点3.F－h图像理解：由实验步骤可知，物体未完全浸没时，随着浸入深度h的增大，排开水的体积V排增大，浮力F浮逐渐增大；当物体浸没后，深h增大但V排不变，浮力不变．
（8）（拓展计算）本实验不仅可以探究影响浮力大小的因素，从实验数据还可求出金属块的体积为_2×10-4_m3，盐水的密度为 1.2×103 kg/m3（已知ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg）
（9）（操作评估）另一组的小丽在探究猜想2时，进行操作b→c的过程中，发现烧杯内的水太多，于是她在图b的操作结束后倒掉了一部分水再将物块浸没在水中进行c操作，这样做 不会 （选填“会”或“不会”）影响探究结果，你的理由是 没有影响物体排开液体体积大小，因此不影响实验结论 。
（10）（方案改进）另一组的小华在探究浮力与液体密度的关系时发现液体密度改变，而受到的浮力变化却不明显．下列三种改进方案，其中不可行的是__C___．
A. 换用体积更大的同种物块
B. 换用密度比水小得多的液体
C. 利用现有器材进行多次实验
（11）（装置改进）实验中由于握着测力计的手臂易晃动，导致弹簧测力计示数不稳定，读数困难．请你写出一种改进措施 使用定滑轮拉动弹簧测力计 .
（12）（结论评估）（人教八下级习题改编） 实验小组还想探究“物体受到的浮力与其形状是否有关”，找来薄铜片，烧杯和水进行实验，实验步骤如下：
步骤一：将铜片放入盛水的烧杯中，铜片下沉至杯底；
步骤二：将铜片弯成“碗状”再放入烧杯中，它漂浮在水面上．
①通过分析可知，第一次铜片受到的浮力 < （选填“>”“<”或“＝”）第二次铜片受到的浮力．
②同学们得出了“物体受到的浮力与其形状有关”的结论，你认为这个结论是__错误___（选填“正确”或“错误”）的，请说明理由 没有控制排开液体体积相同 .
要点4.控制变量法的应用：
在探究某个影响因素时，需保证除该因素外的其他因素相同；实验中控制了烧杯、铜片、烧杯初始液面相同，但未保证铜片排开液体的体积相同.
（13）（创新装置）用图丙装置探究浮力大小与浸入水中的体积和深度的关系，将装满水的溢水杯放在台秤上，溢水口下方放置一空量筒．用细线系着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（始终不与杯底接触），台秤的示数变化情况是_逐渐变大__，该装置的优点是 可以直接限时读数，且可以直接读取体积 ．
要点5.创新装置解读：
①台秤：直接显示示数；
②量筒：直接读取液体体积
2．某兴趣小组探究影响浮力大小的因素，提出如下猜想：
猜想A：与物体浸在液体中的深度有关；
猜想B：与物体浸在液体中的体积有关；
猜想C：与液体的密度有关；
猜想D：与物体的密度有关。
为了验证上述猜想，小艺做了如图所示的实验：他在弹簧测力计下端挂一个铁块或铜块，依次把它们缓缓地浸入水中不同位置，在这一实验中：
（1）铁块浸没在水中时受到的浮力是 　2.0　N；
（2）小艺分析比较实验①③④的测量结果，认为猜想A是正确的，小术却认为不一定正确，小术的理由是没有控制 　物体排开液体的体积　不变。
（3）分析比较实验 　②⑥⑦　可得：浸在液体中的物体所受浮力的大小与液体的密度有关，且液体的密度越 　大　，物体所受的浮力越大。
（4）分析比较实验①⑤与②⑥，可以验证猜想 　D　是错误的；
【解答】解：
（1）由图①⑤知，图①中测力计示数为3.0N，图⑤中测力计示数为1.0N，根据称重法测浮力，铁块浸没在水中时，受到的浮力是F浮水＝G﹣F⑤＝3.0N﹣1.0N＝2.0N；
（2）根据控制变量法可知，探究物体所受浮力的大小与物体浸在液体中的深度有关时，应控制液体的密度和物体排开液体的体积相同，改变物体浸在液体中的深度，但由实验①③④可知，没有控制物体排开液体的体积相同；
（3）要探究浸在液体中的物体所受浮力的大小与液体密度的关系，需要控制物体排开液体的体积相同，改变液体的密度，图②⑥⑦符合题意；
由⑥⑦图知在物体排开液体的体积相同时，液体的密度越大，弹簧测力计的示数越小，根据F浮＝G﹣F可知浮力越大，故可以得出浸在液体中的物体所受浮力的大小与液体的密度有关，液体的密度越大，物体所受的浮力越大；
（4）分析比较实验①⑤可知，铁块受到的浮力为3.0N﹣1.0N＝2.0N，
分析比较实验②⑥可知，铜块受到的浮力为4.0N﹣2.0N＝2.0N，则浮力的大小跟物体的密度无关，故D错误。
故答案为：（1）2.0；（2）物体排开液体的体积；（3）②⑥⑦；大；（4）D。
3．物理兴趣小组在进行“探究浮力的大小与哪些因素有关”实验中，小明先用弹簧测力计测出于金属块的重力如图A所示，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），并将其示数记录在表中。

实验步骤 A B C D E F
弹簧测力计示数/N 2.7 2.2 2 1.7 1.7 1.9
（1）分析比较A、E、F可知：浮力大小与液体的 　密度　有关；
（2）分析比较A、D、E可知：浮力大小与浸在液体中的深度 　无　关；（选填“有”或“无”）
（3）金属块浸没在水中时受到的浮力大小是 　1　N；
（4）该金属块密度为 　2.7×103　kg/m3。（水的密度ρ水＝1.0×103kg/m3）
【解答】解：（1）由A、E、F分析比较可知，排开液体的体积相同，而液体的密度不同，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）研究浮力的大小与物体浸没在液体中的深度的关系，应应控制物体排开液体的体积和密度不变，只改变深度的大小，所以，比较图C和图D可知，浮力的大小与物体浸没在液体中的深度无关；
（3）从图A、E可知，物体的重力G＝2.7N，弹簧测力计的示数F＝1.7N，
则物体受到浮力F浮＝G﹣F＝2.7N﹣1.7N＝1N；
（4）由（3）可知，金属块完全浸没在水中受到的浮力为F浮＝1N；
所以，根据F浮＝ρ水gV排可得，金属块的体积：
V＝V排＝＝1×10﹣4m3，
由G＝mg可知，金属块的质量：m＝G/g＝0.27kg；
金属块的密度：ρ＝m/V＝＝2.7×103kg/m3。
故答案为：（1）密度；（2）无；（3）1；（4）2.7×103。
4．小明在探究“浮力的大小与哪些因素有关”的实验中，用到如下器材：弹簧测力计、底面积为10cm2的实心圆柱体金属块、大烧杯若干个、水、密度未知的某种液体、细线等。（g取10N/kg）
小明进行了如图所示的实验，并记录实验数据，如表所示。
实验步骤 A B C D E F
弹簧测力计的示数/N 3.8 3.6 3.5 3.5 3.4
（1）金属块的重力为 　4　N，在实验步骤C中金属块所受到的浮力是 　0.4　N。
（2）分析实验步骤A、E、F，可以说明浮力的大小跟 　液体的密度　有关。
（3）如图所示，是其中一位同学绘制的当金属块浸入水中时弹簧测力计的示数随金属块下表面到水面的距离h变化的关系图像，其中正确的是 　B　。
（4）根据表格中的数据，可以计算出金属块的密度为 　8×103　kg/m3，某种液体的密度为 　1.2×103　kg/m3。
【解答】解：（1）由A知，物体的重力为4N，根据称重法测浮力，在实验步骤C中金属块所受浮力是：F浮＝G﹣F示＝4N﹣3.6N＝0.4N；
（2）分析实验步骤A、E、F，根据称重法测浮力，可知两次实验受到的浮力大小不同，实验中排开液体的体积相同，而液体的密度不同，故可以说明浮力大小跟液体的密度有关；
（3）由表格中数据知，测力计的示数随深度的增加先变小，后不变，故B符合题意；故选：B；
（4）由实验A、D，物体浸没在水中受到的浮力：F浮水＝4N﹣3.5N＝0.5N；
根据阿基米德原理F浮水＝ρ水gV排＝ρ水gV物得，V物＝；
金属块的密度为：ρ＝＝＝＝×1.0×103 kg/m3＝8×103 kg/m3；
由实验A、F，物体浸没在液体中受到的浮力：F浮液＝4N﹣3.4N＝0.6N；
根据阿基米德原理：F浮液＝ρ液gV物，因物体的体积不变，故有：V物＝＝，
解得，某种液体的密度是：ρ液＝ρ水＝×1.0×103 kg/m3＝1.2×103 kg/m3。
故答案为：（1）4；0.4；（2）液体的密度；（3）B；（4）8×103；1.2×103。
5．在“探究影响浮力大小的因素”实验中，同学们根据生活经验，提出了浮力大小可能与下列因素有关的猜想：①与物体浸入液体中的深度有关；
②与物体排开液体的体积有关；
③与液体的密度有关。
（1）物体浸没前的过程中（图甲到图丙），测力计示数逐渐变小，据此，小明认为物体受到的浮力改变是因为浸入水中的深度增大；而小华则认为浮力改变是因为浸入水中的体积增大。关于小明和小华根据以上实验现象得出的观点，你认为下列说法正确的是 　D　；
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，增大物体浸没在水中的深度（图丙到图丁），发现测力计的示数始终不变且为F，据此可得出 　小明　的观点不具有普遍性。
（3）为测量密度小于水的木块浸没水中时受到浮力的大小，小华用压力计（可以测量压力大小的仪器）把一实心木块M（体积不变，密度小于水）压入水中完全浸没，如图2所示M处于静止状态。请根据水的体积与温度变化关系图象判断，下列选项中能正确反映压力计示数F和水温t关系的是 　B　。
A.B.C.D.
【解答】解：（1）物体浸没前的过程中，弹簧测力计的示数逐渐变小，根据力的平衡F浮＝G﹣F示，所以浮力大小逐渐变大，
此过程中，物体浸入水中的深度增大，浸入水中的体积也增大，说明小明和小华的观点都是合理的，故D正确，
故选：D；
（2）增大物体浸没在水中的深度，发现弹簧测力计的示数始终不变，且为1N，所以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；
（3）由图2可知，当水温从0℃升到15℃时，水的密度ρ先变大后变小；
实心金属块M（体积不变）浸没在水中时，根据F浮＝ρ液gV排可知，金属块受到的浮力先变大后变小；金属块M受到本身重力、水对它的浮力、压力计对它的压力三个力的作用处于静止状态（压力计示数F等于压力计对它的压力），三者之间关系F浮＝G+F，由于水的密度ρ受水温影响，金属块在水中浸没时受到的浮力先变大后变小，所以压力计示数F先变大后变小，故ACD不符合题意，B符合题意。
故选：B。
故答案为：（1）D；（2）小明；（3）B。
6．小华在做探究“浮力大小与哪些因素有关”实验，他将电子秤放在水平桌面上并调零，然后将溢水杯放到电子秤上，按实验操作规范将溢水杯中装满水。用细线系住金属块并挂在弹簧测力计上，如图甲所示，弹簧测力计的示数为5N，再将金属块缓慢浸入溢水杯的水中，且始终不与杯接触，如图乙所示。
（1）随着金属块逐渐浸没水中，弹簧测力计示数逐渐变小，当金属块全部浸入水中时弹簧测力计的示数为3N，则物体受到的浮力为 　2　N，此过程说明物体在水中受到的浮力大小与 　排开水的体积　有关。
（2）小李另取一杯酒精，用弹簧测力计吊着该金属块浸没于酒精中，观察到弹簧测力计示数为3.4N，由此初步得到：物体在液体中受到的浮力大小与 　排开液体的密度　有关。
（3）从金属块开始浸入装满水的溢水杯，直至浸没一定深度的过程中（物体没有接触到容器），则电子秤的示数变化情况是 　不变　（选填“先变大后不变”、“先变小后不变”或“不变”）。
（4）测泡沫球的密度时，采用如图丙所示的圆柱形容器，以及细针和电子秤进行测量，其操作顺序以及示数如图丙中A、B、C所示。
①小李分析电子秤的数据，通过计算后可知，泡沫球的质量为 　5　g，密度为 　0.25　g/cm3。
②同桌小王认为，小李的实验操作B至C过程中，乒乓球上浮至漂浮时沾水，导致密度测量结果偏大，该说法是 　错误　的（选填“正确”或“错误”）。
【解答】解：（1）测力计分度值为0.2N，物体的重力为5N；
随着金属块逐渐浸没水中，弹簧测力计示数逐渐变小，根据称重法测浮力，当金属块全部浸入水中时受到的浮力为：
F＝G﹣F示＝5N﹣3N＝2N；
实验中排开液体的体积由增大到相同，故此过程说明物体在水中受到的浮力大小与排开液体的体积有关；
（2）小李另取一杯酒精用弹簧测力计吊着该金属块浸没于酒精中，观察到弹簧测力计示数为3.4N，受到的浮力：
F′＝G﹣F′示＝5N﹣3.4N＝1.6N，
和上面的实验相比，因排开液体的体积相同而排开液体的密度不同，由此初步得到：物体在液体中受到的浮力大小与排开液体的密度有关；
（3）从金属块开始浸入装满水的溢水杯，直至浸没一定深度的过程中，排开水的体积大小不变，所以浮力不变，示数也不变，故直至浸没一定深度的过程中电子秤的示数变化情况是不变；
（4）①B中乒乓球浸没中水中，受到竖直向上的浮力、竖直向下的压力和重力，且三个力平衡，结合图A、B可知：
F浮＝G排＝G球+F＝（mB﹣mA）g，
则：m排＝ρ水V排＝mB﹣mA，
所以V球＝V排＝＝20cm3，
乒乓球的密度：
ρ球＝＝0.25g/cm3；
②实验操作由B至C过程中，乒乓球上会沾水，但由B到C的操作中乒乓球、水和容器的总质量并不会发生改变，所以由A、C得到乒乓球的质量正确，由不会造成测乒乓球密度偏大，所以小刚说法错误。
故答案为：（1）2；排开水的体积；（2）排开液体的密度；（3）不变；（4）①5；0.25；②错误。
7．如图甲所示是小明同学验证阿基米德原理实验的部分过程图。
（1）下面是小明同学实验时设计的表格及填写的实验数据，请你将该表格中的①、②处补充完整：
实验 次数 物重G/N 物体浸没水中测力计示数F/N 桶与排开水总重力G总/N ①　空桶重G桶/N　 物体受到浮力F浮 排开水的重力G排/N
1 1.4 0.9 1.1 0.6 0.5 0.5
2 2.2 1.8 1.0 0.6 0.4 0.4
3 2.6 1.9 ②　1.3　 0.6 0.7 0.7
比较相关数据，可知：浮力大小等于物体排开液体所受的重力；
（2）小明取出物块并擦干物块上的水，挂在弹簧测力计上，保持物块竖直，然后从液面慢慢浸入水中，并根据实验数据绘制了弹簧测力计的示数F与物块下表面浸入水中深度h的关系图像如图乙所示（ρ水＝1.0×103kg/m3，g＝10N/kg）
①物块的体积是 　1.6×10﹣4　m3；
②BC段说明物体受到的浮力大小与浸没的深度 　无关　（选填“有关”或“无关”）；
（3）如果要探究物体受到的浮力与物体的重力是否有关，可以选择如图所示的 　C、D　两个物体，将它们浸没在同种液体中，测出所受浮力的大小来进行比较。
【解答】解：（1）①用小桶接水前，应先测出其重力，故第一行应填“空桶重G桶/N”；
由表中第三行数据可知，桶与排开水总重为G总＝G桶+G排＝0.6N+0.7N＝1.3N；
（2）（a）从图中可知，物体的重力G＝2.2N，物体浸没后测力计的示数F＝0.6N，
根据称重法可知物体所受浮力F浮＝G﹣F＝2.2N﹣0.6N＝1.6N，
根据阿基米德原理可知物体的体积V＝V排＝＝1.6×10﹣4m3；
（b）BC段，浸没的物块所处的深度逐渐变大，测力计的示数不变，根据F浮＝G﹣F可知浮力不变，说明物体受到的浮力大小与浸没的深度无关；
（3）浮力大小与液体密度和排开液体的体积有关，要想探究物体受到的浮力与物体的重力是否有关，应使物体的体积相同，并使其浸没在同种液体中。C、D的体积相同，由不同物质组成的，所以重力不同，因此选择C、D。
故答案为：（1）①空桶重G桶/N；②1.3；（2）（a）1.6×10﹣4；（b）无关；（3）C、D。

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