探究影响浮力大小的因素及阿基米德原理-2023-2024学年人教版八年级物理下册同步训练_第1页
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文档简介

专题训练(九)探究影响浮力大小的因素及阿基米德原理

学习目标

1.通过实验和观察,探究物体形状、密度、体积以及液体密度等因素如何影响浮力大小。

2.掌握验证阿基米德原理的实验方法,包括实验器材的选择、实验步骤的制定、实验数据的记录和处理等。他

们应能够独立完成实验,并准确地收集实验数据。

3.经过实验操作,能够提升实验技能,包括精确测量、正确操作实验器材、合理设计实验步骤等。这些技能对

于未来的科学研究和实践应用都是非常重要的。

4.学会对实验数据进行分析和比较,找出实验结果与理论预测之间的关系,从而验证阿基米德原理的正确性。

同时,他们也需要能够分析实验中可能出现的误差,提出改进实验方法的建议。

5.在验证阿基米德原理的过程中,学生需要保持科学的态度,尊重实验事实,勇于面对实验结果与理论预测之

间的差异,并尝试找出原因。这种科学精神是进行科学研究和探索的重要基础。

专题解读

一、探究影响浮力大小的因素

首先,液体的密度是影响浮力大小的关键因素。根据阿基米德原理,浮力的大小等于物体所排开液体的重力。因此,

液体的密度越大,物体排开相同体积的液体所受到的重力就越大,从而浮力也就越大。

其次,物体排开液体的体积也是影响浮力大小的重要因素。当物体完全浸入液体中时,它所排开的液体体积就是它

自身的体积。排开的液体体积越大,浮力也就越大。这一点可以通过观察不同体积的物体在相同密度的液体中受到的浮

力大小来验证。

然而,值得注意的是,浮力的大小与物体的形状、密度、浸没在液体中的深度以及物体在液体中是否运动等因素无

关。这是因为浮力是由液体对物体上下表面的压力差产生的,而这些因素并不会改变压力差的大小。

为了更好地理解这些影响因素,我们可以通过实验来进行探究。例如,可以设计实验来比较不同密度和体积的物体

在相同液体中受到的浮力大小,从而验证液体密度和排开液体体积对浮力大小的影响。同时,也可以设计实验来观察物

体在液体中不同深度和运动状态下受到的浮力大小,从而验证其他因素对浮力大小的影响。

总之,探究影响浮力大小的因素是理解浮力概念和原理的重要途径。通过深入学习和实践,我们可以更好地掌握浮

力的规律和应用,为未来的科学研究和实际应用打下坚实的基础。

二、验证阿基米德原理

首先,我们要明确阿基米德原理的具体内容。它指出,一个物体在静止的液体中受到的浮力大小等于它所排开

的液体的重力。这个原理可以用公式表示为:F^G排,其中F浮表示浮力,G排表示排开液体的重力。

其次,我们需要了解如何验证这一原理。实验是验证物理原理的重要手段之一。在验证阿基米德原理的实验中,

我们可以采用称重法来测量浮力的大小。具体步骤包括:将物体挂在弹簧测力计下,记录测力计的示数七;将物体

浸入液体中,记录此时测力计的示数F2;根据两次示数的差值计算出物体所受的浮力F^Fi-Fz。同时,我们还需要

测量物体排开液体的重力G排,可以通过测量排开液体的质量和重力加速度来计算。

在实验中,我们会观察到浮力的大小与排开液体的重力相等,从而验证了阿基米德原理的正确性。这一原理不

仅适用于液体,也适用于气体。

通过验证阿基米德原理的实验,我们可以深入理解浮力的产生原因和影响因素。同时,这一原理在实际应用中

也具有重要意义。例如,在船舶设计、潜水器浮沉控制、浮力测量等方面都需要应用阿基米德原理。

总之,验证阿基米德原理是理解浮力概念和原理的重要途径。通过实验和理论相结合的方法,我们可以深入探

究浮力的本质和应用,为未来的科学研究和实际应用提供有力的支持。

考向一:探究影响浮力大小的因素

1.(2023・湖北十堰•统考中考真题)如图是小青"探究浮力大小跟哪些因素有关"的实验,弹簧测力计示数的大

小关系是:4>£>6.

甲乙丙丁

(1)乙图中物块受浮力大小的表达式,F浮乙=;

(2)小青比较甲、乙、丙三图,得出浮力大小与深度有关的结论,有同学指出这个结论不可靠,原因是;

(3)如果实验中水的密度大于液体的密度,则弹簧测力计示数大小关系应满足玛"(选填"大于"、"等

于"或"小于")O

【答案】片一月没有控制物体排开液体的体积相同小于

【解析】(1)田甲图中物体的重力大小等于片,乙图中弹簧测力计对物体的拉力大小为巴,根据称重法物块

受浮力大小的表达式

F谆=F、—外

(2)⑵比较甲、乙、丙三图可知,液体的密度不变,金属块排开的液体的体积不同,由于没有控制物体排开

液体的体积相同,所以不能探究浮力大小与深度的关系,因此,结论不可靠。

(3)⑶丙、丁两图物体全部浸没,排开液体体积相同,由于

P水>P浪

根据%=0液g%可知

4孚水>4孚液

根据/=G-与可知,在水中受到的浮力

4字水=耳—鸟

在某液体中受到的浮力

4字液=K-F4

片-玛>£-瑞

因此

2.(2023•黑龙江哈尔滨•统考中考真题)在探究“浮力大小与什么因素有关"实验中:

(1)东宝测量物体A在水中所受浮力的方法如图,由图可知,物体受到的重力为N,物体受到的浮力为

N,浮力的方向是;

(2)伟鹏同学在实验中获得如下的数据,分析表中的数据能否得到浮力大小与物体排开液体体积的定量关系?

若能,请写出主要分析过程(可省略计算步骤)及结论;若不能,请说明理由.

实验次数浮力七/N液体密度外(g/cn?)排开液体体积/E/cm3

10.40.850

20.90.9100

30.51.050

42.21.1200

50.61.250

【答案】31竖直向上见解析

【解析】([)[1]弹簧测力计的分度值是0.2N,称量物体A的质量时弹簧测力计的指针指在3.0处,即物体受

到的重力为3N。

⑵将A浸没到水中后,弹簧测力计的示数变为2N,则物体受到的浮力

F存=3N-2N=1N

⑶浮力的方向竖直向上。

(2)⑷由表中数据能得到浮力大小与物体排开液体体积的定量关系,推导过程如下:

①由1、3、5三次实验数据可知

稀=%3=曝5=50cm

由阿基米德原理可得

^=^=^=5xlO-4m3-N/kg

「液I。液3夕液5

可得结论:物体排开液体的体积相同时,物体所受到的浮力大小与液体的密度成正比。由此结论可得,若第2

次实验液体的密度为1.0g/cm"则瑁2=LON。若第4次实验液体的密度为l.Og/cm',则埸4=2.0N。

③由第3次实验数据及②中的两组数据可知

夕液3=-2=或4=1Qg/城

由阿基米德原理有如下关系式

^=^=^=1.0xl04N/m3

%3%2%

可得结论:液体密度相同时,物体所受浮力大小与物体排开液体的体积成正比。

3.(2023•甘肃兰州•统考中考真题)小刚游泳时发现,人从浅水区走向深水区的过程中所受浮力逐渐变大。于

是他猜想浮力的大小可能与物体浸在液体中的深度有关。为了验证自己的猜想是否正确,他设计并完成了如图甲所

示的实验,并将详细的实验数据记录在表格中。

O

-h0

-=0

1--1-」

-=--

00---1

---2-o0

--I23--E---

1--1---2-

---33.4N-Z1=1

--4-E-.-二

2--2--3-

4二

--4-I-E-22

--5--二

---=-4Z2N

33三

-,6N-5-

-IE.-3二3

广

4-4-V-5-阿

-二

-44

-二

5-5-

-二

C5二5z8

z4

z0

L6

L2

8

os.4

45679om

/z/c

物块下表面所处深度h/cm0123456789

弹簧测力计示数尸/N4.64.23.83.43.02.62.22.22.22.2

物块所受浮力尸JN00.40.81.62.02.42.42.42.4

(1)表格中所缺数据为,请在图乙中画出浮力大小尸治物块下表面所处深度力之间的关系图

像;

(2)分析上述实验,请解释人从浅水区走向深水区时浮力为什么会变大?。;

(3)由图B和表中数据可知,物块下表面受到水的压强为Pa(AK=l-0xl03kg/m3);

(4)为了继续探究浮力的大小是否与液体密度有关,他应该采取的操作是:o

012345678910切cm

【解析】(1)⑴由表中数据可知,深度为零时,弹簧测力计的示数是4.6N,物体的重力G=4.6N,当物块下表

面深度是3cm时,弹簧测力计的示数是3.4N,物块受到的浮力

F浮=G-F=4.6N-3.4N=1.2N

⑵由表中数据,利用描点法画出浮力和物块下表面深度的关系图像,如图所示:

(2)⑶由表中数据可知,物块没有全部浸入液体中,物块下表面深度越大,即排开液体的体积越大,受到的

浮力越大,人从浅水区走向深水区时,人排开水的体积在增大,人受到的浮力增大。

(3)⑷图B中弹簧测力计的示数是3.4N,由表中数据可知物块下表面的深度是3cm,物块下表面受到水的压

强为

33

p=p水gh=1x10kg/mx1ON/kgx0.03m=300Pa

(4)⑸若要探究物块所受浮力大小是否与液体密度有关,需改变液体的密度,要增加的器材是盐水,可将物

块完全浸没在装有盐水的杯中,观察弹簧测力计的示数,与图D比较得出结论。

4.(2023•黑龙江•统考中考真题)如图所示是物理兴趣小组探究"影响浮力大小的因索”的实验,根据他的实验

探究数据,请你回答下列问题:(/>次=1.0xl03kg/m3)

,6N

液体

ABCDE

(1)由图可知物体浸没在水中受到的浮力尸后N;

(2)由图ACD可知,浮力大小与物体浸没深度(选填"无关"或"有关");

(3)分析此实验可得出:物体受到的浮力大小与和有关;

(4)经进一步计算可知物体体积产=m3,物体的密度片kg/m3o

【答案】0.5无关液体的密度物体排开液体的体积5x10-54xl03

【解析】(1)口]由图A可知物体的重力是2N,由图C可知物体浸没在水中的拉力是1.5N,物体浸没在水中受

到的浮力

Fff=G-F3=2N-1.5N=0.5N

(2)⑵由图ACD可知,当物体完全浸没在水中后排开水的体积相同,在水中的深度不同,弹簧测力计示数相

同,浮力的大小相同,则浮力的大小与深度无关。

(3)[3]⑷由图ABC可知,液体的密度不变,物体排开液体的体积不同,弹簧测力计的示数不同,浮力大小不

同,说明浮力大小与排开液体的体积有关;由ADE可知,物体排开液体的体积相同,只有液体的密度不同,弹簧测

力计的示数不同,浮力大小不同,由此可得:物体在液体中所受浮力的大小跟液体的密度有关。

(4)⑸物体的体积

F浮0.5N

=5xlO-5m3

0Kg1x1()3kg/m3x1ON/kg

⑹物体的密度

mG

2N33

"一丁一10N/kgx5xl(T5m3=4xl0kg/m

5.(2023・广东•统考中考真题)在"探究浮力大小与哪些因素有关"的实验中;

(1)观察弹簧测力计的零刻度线、和分度值;调零时,弹簧测力计应在_________(选填"竖直"或"水

平”)方向上调零;

(2)如题图甲所示,在弹簧测力计下悬挂一个高为6cm的长方体物块(可塑),测出重力,将它缓慢浸入水

中,记录悬停在A、B、C、D、E这五个位置弹簧测力计的示数和深度肌请根据实验数据,在图乙中画出物块所受

浮力尸浮随力变化的图像;

(3)分析图像可知:浸没前,〃增加,F浮._________;浸没后,〃增加,F注_________;(均选填"变大""变小"

或"不变")

(4)若把此物块捏成高为6cm的圆锥体,重复上述实验。两次实验所得的尸浮随〃变化的图像(选

填"相同"或"不同");

(5)若继续探究浮力的大小与液体密度的关系,还需添加一种材料:0

【答案】量程竖直见解析变大不变不同酒精

【解析】(1)⑴⑵使用弹簧测力计前,应该先观察弹簧测力计的零刻度线、量程和分度值;调零时,应该在

竖直方向下拉动弹簧测力计,防止卡壳。

(2)[3]由甲图可得,物块重力G=1.0N,当物块慢慢浸入水中时,在竖直方向上只受竖直向上的拉力,浮力和

竖直向下的重力作用,即

当浸入水中深度为2cm时,此时弹簧测力计的示数为0.8N,则浮力为

%=G-七=1.0N-0.8N=0.2N

同理,当深度为4cm和6cm时,浮力分别为0.4N和0.6N;当物块完全浸入水中后,根据

F*=2遥%

随着浸入水中的深度增加,排开水的体积保持不变,所以浮力大小保持不变,如图所示

“斤浮/N

024681012h/cm

(3)⑷分析图像可知,物块浸没前,根据

F浮=2液g除卜=P双gSh

深度h增加,物块排开水的体积增加,浮力变大。

⑸物块浸没后,根据

深度h增加,物块排开水的体积等于物块的体积,此时排开水的体积保持不变,浮力大小不变。

(4)⑹若把此物块捏成高为6cm的圆锥体,物块的高度和体积不变,但物块在浸入水中的过程中,排开水的

体积增加的速率变小,最后浸没水中时浮力依然会保持不变,故两次实验所得的F浮随h变化的图像会不相同。

(5)⑺若继续探究浮力的大小与液体密度的关系,只需要增加密度不等于水的液体,重复上述实验,形成对

比数据。

考向二:验证阿基米德原理

6.(2022下•辽宁沈阳•八年级沈阳市第四十三中学校考期中)(一)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"。

5N

IN旧10.5N

(1)实验的最佳顺序是;

(2)物块A的密度为g/cm3;

(3)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理”,

实验过程中步骤不需要弹簧测力计。(甲、乙、丙、丁)

(二)物理兴趣小组的小明同学想到,用排水法测某实心金属块的密度实验器材有小空桶、溢水杯、烧杯、量

筒和水实验步骤如下:

①让小空桶漂浮在盛满水的溢水杯中,如图甲;

②将金属块浸没在水中,测得溢出水的体积为20mL,如图乙;

③将烧杯中20mL水倒掉,从水中取出金属块,如图丙;

④将金属块放入小空桶,小空桶仍漂浮在水面,测得此时溢出水的体积为34mL,如图丁请回答下列问题:

(1)小明可得被测金属块的密度是kg/m3;

(2)图甲、图乙和图丁三个相比,溢水杯对桌子的压力是(选填"甲大"或"乙大"或"丁大"或"相等");

(3)在实验步骤③和④中,将沾有水的金属块放入小空桶,测出的金属块密度将(填"偏大""不变"或

"偏小")。

【答案】丁甲乙丙2乙2.7xl03乙大不变

【解析】(一)(1)⑴实验中,应该先测出小桶的重力,再测出物体的重力,这样测完物体重力后,就可以

直接将物体放入水中,测出小桶和物体排开水的重力。故最佳顺序应该是:丁甲乙丙。

(2)⑵由图甲可知,物体的重力G=2N,物体排开水的重力

6排二信—%=1.5N—O.5N=1N

物体排开水的体积

小排=g=G排_________IN_________

=lxl0-4m3

S2水「水g1.0xl03kg/m3xl0N/kg

物体的体积

V=V^=lxlO^m3

物体的密度

G2N

ni_g_lON/kg

=2xl03kg/m3=2g/cm3

F-F-lxl0-4m3

(3)[3]物体漂浮在水面上时,受到的浮力等于自身重力,因此测出物体重力后就可以知道漂浮时受到的浮力,

故步骤乙不用弹簧测力计。

(二)(1)[1]由图甲和图乙可知,金属块的体积

V=V排水=20mL=20cm3

图丙中,将金属块取出,此时溢水杯中的水已经减少了20cm3,距离溢水口有一定的距离,再将金属块放入小

空桶,又溢出了34cm3的水,则小空桶和金属块排开水的总体积

噎水'=20mL+34mL=54mL=54cm3

此时小空桶受到的浮力等于金属块的重力,等于54mL水排开水的重力,即

F淳=G=p”g=1.0xl03kg/m3xlON/kgx54xlO_6m3=0.54N

金属块的质量

G0.54N八…一

m=——=---------=0.054kg=54g

glON/kg

金属块的密度

333

/?=^=_^T=2.7g/cm=2.7xl0kg/m

(2)⑵甲、乙、丙图中溢水杯中水是满的,即溢水杯中水深不变,由。=pg/7可知,溢水杯底受到水的压强

不变;图甲中小桶漂浮在溢水杯中,溢水杯对桌面压力

F杯+G桶+G水

乙图中金属块沉入溢水杯底,由浮沉条件知G排<G金,溢水杯对桌面压力

Fz,=Gff+G楠+G水+G金-G排

所以F甲<F乙;图丁中小桶及金属块浮在水面,溢水杯对桌面压力

心=6杯+6桶+G水+3金一6排,

由浮沉条件知G排'=G金,所以F丙=F甲;故乙大。

(3)[3]在实验步骤①和②中测得的金属块的体积一定,在实验步骤③和④中,将沾有水的金属块放入小

空桶,相当于减少了小空桶排开水的重力,增加了小空桶和金属块排开水的重力,而且其减少量等于增加量,故金

属块排开水的体积不变,所受浮力不变,则其重力、质量不变,所以根据可知,测出的金属块密度不变。

7.(2023下•山东德州•八年级校考阶段练习)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";

甲乙丙丁

(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)设从左到右弹簧测力计的示数分别为用、B、用、F4,则可通过等式(用/八B、6、K表示)

来验证阿基米德定律;

(4)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

33

(5)将图乙中的水换成酒精(pBS=0.8xl0kg/m),物体受到的浮力;(选填"变大"、"变小"或"不

变")

(6)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”,

实验过程中步骤不需要弹簧测力计。(选填"甲"、"乙"、"丙"或"丁")

【答案】B1排开液体的重力Fi-F2=F3-F4A变小乙

【解析】(1)田为了减小实验误差,实验中最合理的实验顺序是:丁、测出空桶的重力;甲、测出物体所受

到的重力;乙、把物体浸在装满水的溢杯中,测出测力计的示数;丙、测出桶和排开的水受到的重力;故正确顺序

为:丁、甲、乙、丙,故B符合题意,AC不符合题意。

故选Bo

(2)⑵由图甲可知,空气中物体的重力为2N;由图乙可知,物体浸没在水中,弹簧测力计的示数为1N,则

物体在水中受到的浮力

F浮=64'=2脂:^小

[3]由图丁可知,空桶的重力

G楠=05N

由图丙可知,水和桶的重力

G总=1.5N

所以溢出水的重力

GW=G总-G桶=1.5N-O.5N=1N

由于物体在水中受到的浮力大小等于溢出水的重力,所以可得到的结论是:浸在液体中的物体,受到的浮力大

小等于它排开液体的重力。

(3)⑷根据计算结果,可见F斫G排,即

F1-F2=F3-F4

(4)⑸A.图乙中水面未到达溢水杯的溢水口,物体放入溢水杯时,先要使溢水杯满了才可以向外排水,故在

此过程中,物体受到的浮力大于排出的水的重力,故A符合题意;

B.图乙中物体未全部浸没在水中,物体排开液体的体积小,排开液体的重力小,浮力也小,仍然能得出浮力

等于排开的液体受到的重力,对实验没有影响,故B不符合题意。

故选A。

(5)⑹物体A全部浸入水中,物体的体积等于排开水的体积,将图乙中的水换成酒精,物体全部浸入酒精中,

物体排开酒精的体积等于物体的体积,酒精的密度小于水的密度,根据阿基米德原理F浮=p4gV排可知,物体受到的

浮力变小。

(6)⑺物体漂浮在水面上,受到的浮力等于它的重力,测量漂浮的物体受到的浮力时,不需要用弹簧测力计

提着物体,即乙步骤不需要弹簧测力计。

8.(2023下•辽宁沈阳•八年级沈阳市第四十三中学校考期中)如图,图1是小明同学验证阿基米德原现的实验

过程图,弹簧测力计花A、B、C、D四个步骤中的读数分别为G空桶=1N、4=2N、G物=3N、g=2N,

p*=1.0x103kg/m3,g取10N/kg。

-

-

-三

-

-三

-

-

-三

-

-

-三

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