实验17 探究浮力大小与排开液体所受重力的关系-中考物理必考实验精讲练

实验17探究浮力大小与排开液体所受重力的关系（原卷版）《探究浮力大小与排开液体重力的关系》是浮力实验的姊妹实验，是目的就是验证阿基米德原理，通过此实验不仅能验证阿基米德原理的正确性，更重要的是能深刻理解排开液体体积、排开液体重力以及浮力与它们之间的关系。为此在每年中考试卷中，此实验在中考试卷中同样属于重点实验。《探究浮力大小与排开液体重力的关系》在中考试卷中所占分值一般在3-7分之间。该实验的考试内容主要有：浮力的概念、浮力大小的测量、实验方法、实验过程、实验设计、实验现象和实验结论等方面。中考考题要求同学们能通过探究过程，能够使用基本的器材获得数据，并分析数据，发现其中的规律，形成合理的结论。这是物理核心素养的科学探究的体现。实验探究-浮力大小与排开液体重力的关系【实验目的】验证阿基米德原理。【实验器材】弹簧测力计、小石块、细线、溢水杯、小桶、水等。【实验原理】阿基米德原理。【实验步骤】一、实验装置如图。1.如图甲所示,用弹簧测力计测出金属块所受重力G；2.如图丁所示,测出空桶的重力G桶；3.如图乙所示,在溢水杯中装满水,用弹簧测力计提着金属块慢慢浸入水中,读出弹簧测力计的示数F示,同时用小桶收集溢出的水；3.如图丙所示,测出金属块排开的水和小桶的总重力G总；4.换用不同物体、不同液体重做实验,把所有的测量数据填写在下表中。【实验表格】【实验结论】液体受到的浮力大小等于物体排开液体所受重力的大小，F浮=G排。《探究浮力大小与排开液体所受重力的关系》常考问题：1.浮力大小的测量：称重法：F浮=G-F弹（G是重力，F弹是弹簧测力计读数）；弹簧测力计的示数越小，说明物体受到的浮力越大；2.实验原理：称重法；3.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；4.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；5.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；6.物体所受浮力大小规律：等于物体排开液体所受到的重力；7.实验中溢水杯倒水必须有水溢出后才能做实验，否则会出现什么结果：会出现浮力大于物体排开水的重力；8.实验前先称量小桶和最后称量小桶有何差异：最后称量小桶会因水未倒干净而产生误差；9.实验时进行了多次实验并记录相关测量数据目的是：避免实验偶然性、使结论更具普遍性。10.实验中溢水杯倒水必须有水溢出后才能做实验，否则会出现什么结果：会出现浮力大于物体排开水的重力；11.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；12.浮力大小的计算：F浮=ρ液gV排。A组（中考真题感知）1.（2023·南通）小明探究“怎样使物体上浮”，将体积相等的两个物体A、B浸没在水中，松开手，物体静止时如图甲所示。（g取10N/kg）（1）如图乙所示，选择物体A进行实验，用弹簧测力计测出其重力GA=___________N，浸没在水中受到的浮力FA=___________N，A的体积VA=___________cm3；（2）测出物体B的重力GB，发现GB小于___________（选填“GA”或“FA”），初步得到物体上浮的条件；（3）将物体A从水中提起的过程中，发现弹簧测力计示数变大，你认为可能的原因是___________。2.（2023·烟台）某实验小组为了研究浮力大小与物体排开液体重力的关系，进行了下面的实验，如图所示：（1）实验过程中，利用哪些步骤能够计算出物体所受的浮力大小？哪些能够计算出物体排开液体的重力大小？(用图中的序号表示)（2）通过实验数据可以发现，浮力大小与物体排开的液体所受的重力有什么关系？（3）为了使结论具有普遍性，该小组还应该进行怎样的操作？（4）另外一个小组进行实验后，发现浮力大小与物体排开液体重力不相等，在排除误差因素的情况下，出现这个结果的原因可能是什么？（写出一条即可）3.（2023·天津）在学习“阿基米德原理”时，可用“实验探究”与“理论探究”两种方式进行研究；请你完成下列任务：【实验探究】通过下图所示的实验，探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系，由实验可得结论______________，这就是阿基米德原理；【理论探究】第一步：建立模型——选取浸没在液体中的长方体进行研究，如下图所示；第二步：理论推导——利用浮力产生的原因推导阿基米德原理；请你写出推导过程，提示：推导过程中所用物理量需要设定（可在下图中标出）；____【原理应用】水平桌面上有一底面积为的柱形平底薄壁容器，内装质量为m的液体；现将一个底面积为的金属圆柱体放入液体中，圆柱体静止后直立在容器底且未完全浸没（与容器底接触但不密合），整个过程液体未溢出；金属圆柱体静止时所受浮力______。4.（2022·达州）某物理兴趣小组利用弹簧测力计、水、小石块（不吸水）、溢水杯、小桶、细线等实验器材探究浮力的大小与排开液体所受到的重力的关系。（1）如图所示的甲、乙、丙、丁四个实验步骤，最科学合理的实验顺序是___________；（2）根据图中的实验数据可求出石块的密度为___________kg/m3；（g取10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3）（3）兴趣小组的同学换用不同的物体（不吸液体）或液体按科学合理的顺序进行了多次实验，由实验数据得出F浮___________G排（选填“>”、“<”或“=”），从而验证了阿基米德原理的正确性；（4）图丁步骤中，小石块逐渐浸入液体过程中（未接触溢水杯），液体对杯底的压强___________（选填“逐渐变大”、“一直不变”或“逐渐变小”）；（5）如果换用密度小于液体密度的物体（不吸液体）来进行该实验，则图___________步骤中可不使用弹簧测力计；（6）其中一个同学每次进行图甲步骤时，都忘记将溢水杯中液体装满，其他步骤无误，因而他会得出F浮___________G排（小桶中液体所受重力）的结论。（选填“>”、“<”或“=”）5.（2021·贵港）如图所示是某物理兴趣小组验证“阿基米德原理”的实验操作过程示意图。（1）验证阿基米德原理实验的合理顺序是______；（填字母代号）（2）金属块浸入溢杯前，溢杯里水面高度应______；（3）金属块浸没在水中时，受到的浮力是______N；（4）金属块的密度为______kg/m3；（g取10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3）（5）比较______（填字母代号）和______（填字母代号）的操作可得出结论：浸入液体中的物体所受的浮力大小等于物体排开液体所受重力的大小。6.（2021·内蒙古）（1）复习“验证阿基米德原理”实验时，小明设计了如下表所示的实验数据记录表格。①请把表格第一行中缺少的Ⅰ、Ⅱ两部分内容补充完整：Ⅰ_______；Ⅱ______；次数物体所受的重力/N物体在水中时测力计的读数/NⅠ小桶和排开水所受的总重力/N小桶所受的重力/NⅡ123…②验证完阿基米德原理后，小组继续深入讨论时发现还可以利用其中一次的实验数据（如图所示）和水的密度算出所用物块的密度，则物块密度ρ物=________kg/m3。（2）科技制作小组在一次课外实践活动中，用一根装有适量配重的长饮料吸管，使其能竖直漂浮在水中，制成了简易密度计。为了能准确地在吸管上标注出不同液体密度所对应的刻度，则必须测量的量是_________。A．吸管的总长度B．容器中水的深度C．吸管浸入水中的长度D．吸管及配重的重力7.（2021·黑龙江）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=_______（用此题中所给字母表示）（2）小明预期要获得的结论是：_______（用此题中所给字母表示）；（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m2_______m1，（选填“>”、“=”、“<”）。8.（2021·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。9.（2021·长沙）学完阿基米德原理之后，小伟和小雪用如图所示的实验装置做了一个课外实验。他们将溢水杯放在电子秤上，向溢水杯中加水后（如图甲所示），在表格中记录下测力计A、B及电子秤的第一次实验数据：然后他们将物体缓慢下降，当物体的部分体积浸在水中时（如图乙所示），记录下第二次实验数据：剪断系在物体上的细线，将物体缓慢沉入到水底后（如图丙所示），记录下第三次的实验数据。（取g=10N/kg）测力计A/N测力计B/N电子秤/g第一次1.000.02500.00第二次0.600.22520.00第三次0540.00（1）观察乙、丙两图可知物体在______图中所受浮力更大，是因为此时物体浸在水中的______更大；（2）在整理数据时，小雪和小伟发现第三次实验中测力计B的示数记录不同，小雪记的是0.62N，小伟记的是0.42N，他们讨论推理后认为有一个数据是正确的，请判断谁的记录是正确的，并说明理由______。B组（限时针对训练）1.完成下列两个有关浮力的实验探究题。（1）探究浮力的大小跟哪些因素有关时的部分操作及装置，静止时测力计指针的位置如图所示。①图乙中测力计的示数为_____N，由如图甲、乙、丙所示实验可得出的结论是：在液体密度相同时，物体所受浮力的大小跟_____有关；②由如图丙、丁所示实验得出的结论是：物体排开液体体积相等时，浮力大小与_____有关；③由图中提供的数据，可以求出盐水的密度为_____kg/m3。（2）某实验小组利用弹簧测力计、小石块、溢水杯等器材，按照图所示的步骤，探究“浮力的大小与排开液体所受重力的关系”。①先用弹簧测力计分别测出空桶和石块的重力，其中石块的重力大小为_____N；②把石块浸没在盛满水的溢水杯中，石块受到的浮力大小为_____N。石块排开的水所受的重力可由_____（填字母代号）两个步骤测出；③由以上步骤可初步得出结论：没在水中的物体所受浮力的大小等于_____；④为了得到更普遍得结论，下列继续进行的操作中不合理的是_____；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另一实验小组在步骤C的操作中，只将石块的一部分浸在水中，其他步骤操作都正确，则_____（选填“能”或“不能”）得到与（3）相同的结论。2.某班物理实验小组的同学，利用图甲验证阿基米德原理。（1）方案一：小军用石块按照如图甲所示的实验步骤依次进行实验，为减小测量误差并使操作最简便，最合理的操作步骤应该是___________；①ACDB②BACD③CADB（2）一小组设计的表格如表，则①处应填的内容是___________，若实验数据科学无误，②处应填的数据为___________；次数物体所受重力/N①浮力/N小桶和排开水所受的总重力/N小桶所受的重力/N排开的水所受的重力/N1②2.42.61.223…（3）在采用图甲所示方式进行实验时，若测力计在整个过程中都没有进行调零，其余操作均规范无误，则小明同学___________得出F浮=G排；（选填“能”、“不能”）（4）方案二：如图乙所示，小川将装满水的溢水杯放在升降台C上，当小川缓慢调高升降台，且容器不与重物接触时，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”）。在这个过程中溢水杯对升降台面的压强___________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。3.下列A、B、C、D四幅图是“探究浮力的大小与排开水所受重力关系”的过程情景。（1）实验中所用圆柱体的重力为________N；（2）在情景图B中存在的错误是_________；（3）纠正错误后，继续实验，在情景C时圆柱体受到浮力F浮为()N；（4）圆柱体排开的水所受的重力G排为()N；（5）实验结果表明浸在水中的物体受到的浮力________物体排开水所受到的重力。（6）纠正错误后，圆柱体从刚接触水面到全部浸没水中，水对溢水杯底的压强__________。（选填“逐渐增大”、“逐渐减小”或“保持不变”）。4.同学们在复习浮力知识时，重做实验探究浮力的大小跟排开液体的重力的关系如图所示。（1）请根据上图的实验步骤设计实验数据表格；___________（2）课后复习时，物理兴趣小组的同学们，经过反复的思考、讨论，提出了对该实验的改进意见，并动手制作出了如图所示的实验装置，其中A、B为两个规格相同的弹簧测力计，C为薄塑料袋（质量不计），D为重物，E是用废弃的大号饮料瓶、带孔橡皮塞以及弯曲玻璃管自制的溢水杯，溢水杯中装满红色的水，M是升降平台（摇动手柄，可使平台高度缓慢上升、下降），N为铁架台。如图组装好器材后，物体尚未浸入水中。实验中，同学们逐渐调高升降平台M的高度，使重物浸入水中的体积越来越大，弹簧测力计A的示数___________，弹簧测力计B的示数___________（均选填“增大”、“减小”或“不变”）；弹簧测力计A的示数变化量___________弹簧测力计B的示数变化量（选填“大于”、“小于”或“等于”）。5.某物理兴趣小组利用弹簧测力计、水、小石块（不吸水）、溢水杯、小桶、细线等实验器材探究浮力的大小与排开液体所受到的重力的关系。（1）如图所示的甲、乙、丙、丁四个实验步骤，最科学合理的实验顺序是___________；（2）根据图中的实验数据可求出石块的密度为___________kg/m3；（g取10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3）（3）兴趣小组的同学换用不同的物体（不吸液体）或液体按科学合理的顺序进行了多次实验，由实验数据得出F浮___________G排（选填“>”、“<”或“=”），从而验证了阿基米德原理的正确性；（4）图丁步骤中，小石块逐渐浸入液体过程中（未接触溢水杯），液体对杯底的压强___________（选填“逐渐变大”、“一直不变”或“逐渐变小”）；（5）如果换用密度小于液体密度的物体（不吸液体）来进行该实验，则图___________步骤中可不使用弹簧测力计；（6）其中一个同学每次进行图甲步骤时，都忘记将溢水杯中液体装满，其他步骤无误，因而他会得出F浮___________G排（小桶中液体所受重力）的结论。（选填“>”、“<”或“=”）6.小唐同学和小张同学想通过实验再次验证“阿基米德原理”，选用了以下的实验器材：弹簧测力计、小吊桶、小石块、溢水杯、细线、小烧杯、铁架台、水，小唐的操作过程如图的A、B、C、D所示，而同组的小张设计了图E的实验。实验步骤ABCD弹簧测力计示数/N2.00.41.70.7（1）小唐的实验数据为上表，则石块浸没受到的浮力为_______N。根据表中的数据_______初步验证阿基米德原理（选填“能”或“不能”）；如果考虑到石头吸水，_________（选填“能”或“不能”）利用此装置进行实验并验证阿基米德原理；（2）在小张同学的实验中，如果先将溢水杯装满水，不断向上调节升降台，若测力计A示数的减小量___________测力计B示数的增加量（选填“等于”、“大于”或“小于”），便可以验证阿基米德原理。可细心的小唐发现小张溢水杯中的水并没有完全装满，经思考，不用重新加水，此实验________（选填“能”或“不能”）继续进行；（3）小张同学设计的方案优点在于______________________；（4）根据AC两个步骤还可以测出石块的密度。如果交换顺序，则测量结果___________（选填“偏大”、“偏小”或“无影响”）；（5）学习阿基米德原理后，小唐还找到了测量密度的新方法，具体操作步骤如下：①水槽中装入适量水，小烧杯A漂浮在水槽里如图甲所示，水槽中水的深度为H1；②然后将金属块B放在水槽中，如图乙所示水槽中水的深度为H2；③将金属块B捞出直接放入小烧杯A中，如图丙所示，水的深度为H3；则小唐测量出金属块B的密度用物理量表示为ρB=____________。同组的小张同学提出在实验步骤丙中，