专题16 探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系 实验专项突破（专题过关）-2022-2023学年八年级物理下学期期中期末考点大串讲（人教版）（解析版）

学而优教有方专题17探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系实验专项突破1．（2023春•岳麓区校级月考）图1是某实验小组利用弹簧测力计、溢水杯、不吸水的石块、小桶和水“探究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”的情景，其中弹簧测力计的示数依次是F1、F2、F3、F4。（1）由图1可知，石块浸没在水中时受到的浮力为F浮＝2N，排开水的重力G排＝1.8N，发现F浮≠G排，原因可能是实验开始时，溢水杯未装满水；（2）在实验改进以后，将溢水杯中的水换成某种液体，将物块浸没在某液体中（如图戊），此时弹簧测力计示数为F5。则待测盐溶液的密度ρ液可表示为ρ水或ρ水，其中A＝F1﹣F5（用F1、F5表示）。【考点】探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系．【解答】解：（1）石块浸没在水中的浮力F浮＝G﹣F示＝F1﹣F3＝5N﹣3N＝2N；排开水的重力G排＝F4﹣F2＝2.8N﹣1N＝1.8N；F浮＞G排，故排开液体偏小，可能的原因是实验开始时，溢水杯未装满水；（2）石块浸没在水中，故V排＝＝；石块浸没在其他液体中，则V排不变，V排＝＝；即可得：＝，所示ρ液＝，故A＝F1﹣F5。故答案为：（1）2；（2）1.8；（3）实验开始时，溢水杯未装满水；（4）F1﹣F5。2．（2023•武侯区模拟）科学探究是初中物理课程内容的重要组成部分，探究的形式可以是多种多样的。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”。（1）实验的最佳顺序是B。A.甲、乙、丙、丁B.丁、甲、乙、丙C.乙、甲、丁、丙（2）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排开的液体受到的重力。（3）以下情况会影响结论的是A。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（4）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与物体所受重力的关系”，实验过程中乙（选填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”）步骤不需要弹簧测力计。通过实验可得出漂浮在液面上的物体所受的浮力大小等于物体所受的重力大小（选填“大于”“等于”或“小于”）。【考点】探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系．【解答】解：（1）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水杯中，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正确。故选：B；（2）空气中物体的重力为G＝2N；水中弹簧测力计的示数为F′＝1N，物体在水中受到的浮力为：F浮＝G﹣F′＝2N﹣1N＝1N；由图丁可知，空桶的重力G桶＝0.5N，由图丙可知，水和桶的重力G总＝1.5N，所以溢出水的重力为：G排＝G总﹣G桶＝1.5N﹣0.5N＝1N；根据计算结果，可见F浮＝G排，说明浸在液体中的物体受到的浮力等于它排开的液体受到的重力；（3）A．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；（4）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。故答案为：（1）B；（2）排开的液体受到的重力；（3）A；（4）乙；等于。3．（2023•秦都区校级一模）小明利用弹簧测力计、烧杯、小桶、石块、细线等器材探究浮力大小与排开液体的重力的关系。（1）部分实验操作步骤如图甲所示，遗漏的主要步骤是测量空桶的重力，若将遗漏的步骤标注为D，最合理的实验步骤顺序是DBAC（用实验步骤对应的字母表示）。（2）小明进行实验并把数据记录在下表中，从表中数据可知石块受到的浮力是0.2N。小明根据表中数据归纳出了实验结论并准备结束实验，同组的小丽认为实验还没有结束，理由是只通过一组实验数据得出的结论会具有偶然性。实验步骤ABCD弹簧测力计示数/N1.61.80.50.3（3）实验结束后，小明还想进一步探究浮力大小是否与物体的密度有关，可取体积相同的铁块和铝块，使其浸没在同种液体中，比较浮力的大小。（4）另一小组利用两个相同的弹簧测力计A和B，饮料瓶、薄塑料袋（质量忽略不计）和吸管组成的溢水杯对实验进行改进，装置如图乙所示。向下移动横杆，使重物缓慢浸入盛满水的溢水杯中，观察到A的示数和B的示数都在变化，且A、B示数的变化量相等（选填“相等”或“不相等”）。（5）若该小组记录到重物在浸入水中前和完全浸入水中后（未接触溢水杯底），弹簧测力计A的示数分别为4.8N和3.6N，已知水的密度为1g/cm3，则该重物的密度为4×103kg/m3。【考点】探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系．【解答】解：（1）探究浮力大小与排开液体的重力的关系，先根据称重法F浮＝G﹣F示求出物体受到的浮力大小，再称出物体排开的水和小桶的总重力，但题目是要探究浮力大小与排开液体的重力的关系，所以需要减掉小桶的重力，因此遗漏的步骤是测量空桶的重力；实验时先测出空桶的重力，然后测出物体的重力，再将物体浸在溢水杯中，读出弹簧测力计的示数，根据F浮＝G﹣F示求出受到的浮力，最后测出小桶和水的总重力，从而测出物体排开水的重力，因此合理的顺序为：DBAC；（2）由实验步骤A、B可知，物体浸在液体中时受到的浮力为：F浮＝G﹣F示＝FB﹣FA＝1.8N﹣1.6N＝0.2N；由于只测了一组实验数据，这样得出的结论会有偶然性，所以为了寻找普遍规律，做完一次试验后，需要换用不同液体重新实验；（3）想进一步探究浮力大小是否与物体的密度有关，根据控制变量法，需要选用体积相同，密度不同的物体，使其浸没在同种液体中（保证了液体密度相同、排开液体的体积相同），比较浮力大小；（4）如图乙所示，向下移动水平横杆，使重物缓慢浸入盛满水的溢水杯中，重物排开水的体积变大，受到的浮力变大，由称重法F浮＝G﹣F示可知弹簧测力计A的示数变小；重物排开水的体积越大时薄塑料袋内水的重力越大，即弹簧测力计B的示数越大，薄塑料袋的质量忽略不计时，由阿基米德原理可知，弹簧测力计A、B示数的变化量相等；（5）重物在浸入水中前和完全浸入水中后（未接触溢水杯底），弹簧测力计A的示数分别为4.8N和3.6N，则重物浸在水中时受到的浮力为：F浮1＝G1﹣F示1＝FA1﹣FA2＝4.8N﹣3.6N＝1.2N；由F浮＝ρgV排可得，重物排开水的体积为：V排＝＝＝1.2×10﹣4m3，重物的质量为：m＝＝＝0.48kg，因为重物全部浸没，所以V＝V排＝1.2×10﹣4m3，则重物的密度为：ρ＝＝＝4×103kg/m3。故答案为：（1）测量空桶的重力；DBAC；（2）0.2；只通过一组实验数据得出的结论会具有偶然性；（3）体积；（4）相等；（5）4×103。4．（2022春•东湖区期末）为了探究物体所受浮力的大小跟排开液体所受重力的关系，小明先利用某圆柱体和水进行了如图A、B、C、D所示的实验。（1）该实验最合理的顺序是DABC（填序号）。（2）若弹簧测力计的示数F1、F2分别为8N和4.8N，则圆柱体的体积为3.2×10﹣4m3，则圆柱体的密度为2.5×103kg/m3。（3）小明将该圆柱体悬挂在弹簧测力计下，缓慢浸入另一种未知液体中，弹簧测力计示数F随圆柱体下表面浸入液体的深度h变化的关系图象如图E，则圆柱体刚刚浸没时，未知液体对圆柱体下表面的压强为500Pa，未知液体的密度为1.25×103kg/m3。【考点】探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系．【解答】解：（1）探究阿基米德原理实验过程中，应先测出空桶的重力，然后测出石块的重力，再将石块浸在溢水杯中，读出弹簧测力计的示数，根据F浮＝G﹣F示得出石块受到的浮力，最后测出小桶和水的总重力，从而测出石块排开水的重力，因此合理的实验步骤是DABC；（3）由弹簧测力计的示数F1、F2分别为8N和4.8N知浸没在水中的石块所受的浮力：F浮＝F1﹣F2＝8N﹣4.8N＝3.2N，由阿基米德原理F浮＝ρ水gV排可得物体的体积：V＝V排＝＝＝3.2×10﹣4m3；根据G＝F1＝8N可得石块的质量为：m＝＝＝0.8kg；石块的密度为：ρ＝＝＝2.5×103kg/m3；（3）有F﹣h图像可知，从h＝4cm开始，弹簧测力计示数为4N不变，说明此时圆柱体已经浸没在水中，故V排液＝V＝3.2×10﹣4m3；则浸没在液体中的浮力：F浮＝G﹣F示＝8N﹣4N＝4N；则未知液体的密度ρ液＝＝＝1.25×103kg/m3；则圆柱体刚刚浸没时，圆柱体底部距液面的高度h＝4cm＝0.04m，故液体对圆柱体下表面的压强p＝ρ液gh＝1.25×103kg/m3×10N/kg×0.04m＝500Pa。故答案为：（1）DABC；（2）3.2×10﹣4；2.5×103；（3）500；1.25×103。5．（2022春•林口县期末）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：实验时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③。①ACDB②ABCD③BACD④CADB（2）通过图甲的探究，对测力计的四次读数F1、F2、F3、F4若能使等式F1﹣F3＝F4﹣F2成立，则阿基米德原理成立。（用测力计示数所对应的字母F1、F2、F3、F4表示）（3）方案二：如图乙所示，将装满水的溢水杯放在升降台C上，当缓慢调高升降台，且容器不与重物接触时，发现随着重物浸入水中的体积越来越大，弹簧测力计A的示数变小（选填“变大”、“变小”或“不变”），且弹簧测力计A示数的变化量等于弹簧测力计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的压力不变（选填“变大”、“变小”或“不变”）。【考点】探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系．【解答】解：（1）为了减小测量误差且使实验操作更简便，可以先测量小桶的重力，再测量物体的重力，故顺序为BACD；（2）甲图中A测出了物体的重力，甲图中C测量的是物体浸在水中弹簧测力计的拉力，物体受到的浮力等于重力减去弹簧测力计的拉力，所以图中AC两个步骤是为了测量浮力的大小；由实验过程可知，物体浸没液体中受到的浮力：F浮＝F1﹣F3，物体排开液体的重力：G排＝F4﹣F2；若它们相等，则阿基米德原理成立；（3）方案二中，重物浸入水中的体积越来越大时，排开液体的体积变大，根据F浮＝ρ液gV排可知，重物受到的浮力变大，因为F浮＝G﹣F示，所以弹簧测力计A的示数F示＝G﹣F浮变小；又因为重物浸入水中的体积越来越大时，溢出水的体积变大、溢出水的质量变大，溢出水受到的重力变大，所以弹簧测力计B的示数变大；根据阿基米德原理可知，物体所受浮力的大小和排开液体的重力相等，所以弹簧测力计A示数的变化量和弹簧测力计B的示数变化量相等；将烧杯、水和物体看做一个整体，容器对升降台C的压力等于空杯和杯内水的总重与物体的重力之和再减去物体受到的拉力（大小等于测力计的示数），即：F压＝G杯+G杯内水+G物﹣F示，而G物﹣F示＝F浮，所以F压＝G杯+G杯内水+F浮，根据阿基米德原理，F浮＝G排水，所以F压＝G杯+G杯内水+G排水，由于杯内的水和排出的水的总重等于原来杯子里的水，是个定值，所以在这个过程中容器对升降台C的压力不变。故答案为：（1）③；（2）F1﹣F3＝F4﹣F2；（3）变小；等于；不变。6．（2022春•碑林区校级期末）某实验小组利用弹簧测力计、小石块、溢水杯等器材，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大小的关系”。（1）把石块浸没在盛满水的溢水杯中，甲石块受到的浮力大小为1.5N；石块排开的水所受的重力可由丁、丙两个步骤测出；（2）实验的最佳顺序是B；A.甲、乙、丙、丁B.丁、甲、乙、丙C.乙、甲、丁、丙（3）由以上步骤可初步得出结论：浸在液体中的物体所受浮力的大小等于排开液体所受重力大小；（4）以下情况会影响结论的是A；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（5）由图中数据可知石块的体积为1.5×10﹣4m3，将图乙中的水换成酒精，石块受到的浮力为1.2N。（ρ水＝1×103kg/m3，ρ酒精＝0.8×103kg/m3，g取10N/kg）【考点】探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系．【解答】解：（1）探究“浮力的大小跟排开液体所受重力大小的关系”，根据称重法，通过甲和乙可以知道甲石块受到的浮力大小，即F浮＝3.8N﹣2.3N＝1.5N；由图示可知，石块排开的水所受的重力可由丙丁两个步骤测出；（2）若按图示顺序进行实验，丁图中，因空桶中会沾有水，根据桶与水的重力减去空桶的重力计算出的排开液体的重力会偏小，为消除这个影响，实验时，先测出空桶的重力，然后测出石块的重力，再将石块浸在溢水杯中，读出弹簧测力计的示数。故B符合题意，AC不符合题意；故选：B。（3）通过甲和乙可以知道浮力大小，即：F浮＝3.8N﹣2.3N＝1.5N，通过丁和丙可以知道，排开液体所受重力大小：G排＝2.7N﹣1.2N＝1.5N，因此可得出结论：浮力的大小等于排开液体所受重力大小；（4）水面未到达溢水杯的溢水口，石块进入水中，不会立刻有水排出到小烧杯中，排开水的重力会减少，对实验结论有影响；物体未全部浸没在水中，不影响实验结论，故A符合题意，B不符合题意，故选：A；（5）石块浸没在水中，石块的体积V＝排开的体积V排＝＝＝1.5×10﹣4m3；当物体在酒精中，F浮'＝ρ酒gV排'＝ρ酒gV＝0.8×103kg/m3×10N/kg×1.5×10﹣4m3＝1.2N。故答案为：（1）1.5；丁、丙；（2）B；（3）排开液体所受重力大小；（4）A；（5）1.5×10﹣4；1.2。7．（2022春•茅箭区月考）在“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”实验中，小芳设计的实验步骤如图所示，按照甲、乙、丙、丁的顺序进行测量。①用弹簧测力计测出物体所受的重力G（图甲）；②将物体浸没在水面恰好与溢水口相平的溢水杯中，用空的小桶接从溢水杯里被物体排开的水，当水不再溢出时，读出这时测力计的示数F示（图乙）；③测出接水后小桶与水所受的总重力G1（图丙）；④将小桶中的水倒出，测出小桶所受的重力G2（图丁）；⑤分别计算出物体受到的浮力和排开的水所受的重力，并比较它们的大小是否相同。回答下列问题：（1）请填写图乙中的操作：读出这时测力计的示数F示。（2）物体浸没在水中，受到水的浮力F浮＝G﹣F示，被排开的水所受的重力G＝G1﹣G2（用上述测得量的符号表示）。（3）若物体没有完全浸没在水中，能（选填“能”或“不能”）用实验验证阿基米德原理。（4）小华认为，可以进一步优化实验步骤，他将甲、乙、丙、丁重新排序，你认为小华的测量顺序应该是丁甲乙丙。【考点】探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系．【解答】解：（1）将物体浸没在水面恰好与溢水口相平的溢水杯中，用空的小桶接从溢水杯里被物体排开的水，读出这时测力计的示数F示；（2）根据称重法，物体浸没在水中时受到的浮力F浮＝G﹣F示，被排开的水所受的重力G排＝G1﹣G2；（3）物体没有完全浸没在水中，受到水的浮力仍然能用称重法测量，排开水的重力也能测量，物体受到的浮力越小，排开液体的重力越小，所以按照上面的方法，能用实验验证阿基米德原理；（4）在这个探究中，应先测出空小桶的重力，再测物体的重力，然后将物体浸入溢水杯的水中，用小桶接住排出的水，最后测出小桶和接入水的总重力。所以重新排序应为：丁甲乙丙。故答案为：（1）读出这时测力计的示数F示；（2）G﹣F示；G1﹣G2；（3）能；（4）丁甲乙丙。8．（2022•临淄区二模）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”。（1）实验的最佳顺序是B。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1N，物体排开水的重力是1N。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排开液体的重力。（3）以下情况会影响结论的是A。A.图甲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（4）将图乙中的水换成酒精（ρ酒精＝0.8×103kg/m3），物体受到的浮力变小。（填“变大”“变小”或“不变”）（5）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”，实验过程中乙步骤不需要弹簧测力计。（填“甲”“乙”“丙”或“丁”）【考点】探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系．【解答】解：（1）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正确；（2）空气中物体的重力为G＝2N；水中弹簧测力计的示数为F′＝1N，物体在水中受到的浮力为：F浮＝G﹣F′＝2N﹣1N＝1N；由图丁可知，空桶的重力G桶＝0.5N，由图丙可知，水和桶的重力G总＝1.5N，所以溢出水的重力为：G排＝G总﹣G桶＝1.5N﹣0.5N＝1N，根据计算结果，可见F浮＝G排，说明浸在液体中的物体受到的浮力等于它排开的液体受到的重力；（3）A．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；（4）将图乙中的水换成酒精（ρ酒精＝0.8×103kg/m3），液体的密度减小，但物体排开液体的体积不变，根据阿基米德原理F浮＝ρ液gV排知浮力减小；（5）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。故答案为：（1）B；（2）1；1；排开液体的重力；（3）A；（4）变小；（5）乙。9．（2022•高密市二模）在“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”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，小明发现测出的结果（F1﹣F2）大于（F3﹣F4）（选填“＞”、“＝”、“＜”），出现这一现象的原因是小桶内水没有倒干净。（2）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：如果实验中小球碰到了容器底部，不能（选填“能”或“不能”）验证“阿基米德原理”。（3）回家后小明利用家里的矿泉水瓶制作成溢水杯，设计了创新实验，如图乙、丙所示：将溢水杯中注满水放在电子秤上，如图乙所示，其示数为m1，将铁球用细线悬挂慢慢放入水中浸没，如图丙所示，待杯中水停止外溢时，其示数为m2，则m1＝m2（选填“＞”、“＝”、“＜”）。【考点】探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系．【解答】解：（1）物体的重力是F1，物体浸没在水中弹簧测力计对物体的拉力是F2，物体浸没在水中受到的浮力F浮＝F1﹣F2，物体排开水的重力G排＝F3﹣F4。理论上由阿基米德原理知，浸在液体中的物体受到浮力大小等于物体排开液体受到的重力，故F浮＝G排，所以F1﹣F2＝F3﹣F4。但若按照图甲中所示顺序进行实验时，可能小桶中的水未倒干净，此时的示数F4偏大，根据G排＝F3﹣F4可知测得的G排偏小，这样会造成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。（2）根据称重法可知如果实验中小球碰到了容器底部F2将变小，则根据F浮＝F1﹣F2求出的浮力大小将偏大，而在其他操作均正确的情况下物体排开水的重力G排＝F3﹣F4是准确的，则此时F浮＞G排，由此可知不能验证“阿基米德原理”；（3）铁球浸没在水中，铁球受到的浮力F浮＝G排，物体间力的作用是相互的，则铁球给水的压力F＝F浮，当铁球浸没在盛满水的溢水杯中，排出水的重力为G排，故电子秤的压力增加了F浮，又减少了G排，因为F浮＝G排，故电子秤受到的压力不变，故电子秤示数不变，故m1＝m2。故答案为：（1）大于；小桶内水没有倒干净；（2）不能；（3）＝。10．（2022春•武昌区校级期中）如图所示，甲、乙、丙、丁是小文同学“探究物体所受的浮力大小与排开液体所受重力的关系”的情景。如图四幅图中弹簧测力计的示数分别为F1、F2、F3、F4。（1）为方便操作和减小测量误差，最合理的操作步骤顺序应该是：丁、乙、甲、丙。（2）若以下等式B（填序号）成立，则可以验证阿基米德原理。A.F2﹣F3＝F1﹣F4B.F2﹣F1＝F3﹣F4C.F3﹣F1＝F2﹣F4（3）为了得到更普遍的结论，我们应该选择A进行多