专题27 浮力实验 试卷（教师版+学生版）

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浮力实验是中学中重要的实验，主要包括“探究浮力大小跟哪些因素有关”和“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”这两个实验，通过这两个实验可以帮助学生理解阿基米德原理。在中考中，这两个实验也是常考的力学实验，能很好的考查学生对实验以及阿基米德原理的理解。中考中，两个实验的考查往往涉及到实验步骤、对实验现象的分析、图像处理以及结论等，主要以实验形式考查，大多属于中等题。分值在4分—6分左右。
迷津点拨与点对点讲练
探究浮力大小跟哪些因素有关
1、实验器材及装置图：弹簧测力计、装有水和其他液体的大烧杯、各种形状、材料、体积不同的物体。
2、实验原理：用称重法计算浮力F浮＝G－F示；
3、主要实验方法——控制变量法
（1）探究浮力与物体浸在液体中的体积关系——用弹簧测力计吊着同一个物体，浸在同种液体中，改变物体浸在液体中的体积；
（2）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，分别浸没在不同密度的液体中；
（3） 探究浮力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；
（4）探究浮力与物体密度的关系——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中；
（5）探究浮力与物体形状的关系——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中。
4、图像法处理数据：
同一个物体逐渐浸入某一种液体中时，测力计示数不断减小，浮力增大；物体浸没在液体中后，测力计示数不变，浮力不变，测力计拉力与浸入深度的关系F－h图象如图甲所示，浮力与浸入深度的关系F浮－h图象如图乙所示：
5、交流反思
（1）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；
（2）物体慢慢浸入到完全浸没，继续往下时不能接触杯底；
6、实验结论：物体在液体中所受浮力的大小，与它浸在液体中的体积、液体的密度有关，物体浸在液体中的体积越大、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。
例题1 （2021四川成都）小虹利用弹簧测力计、实心圆柱体物块、烧杯等器材，探究浮力的大小跟哪些因素有关。小虹提出如下猜想，设计并进行了实验。
猜想a：浮力大小与物体浸没在液体中的深度有关：
猜想b：浮力大小与物体排开液体的体积有关；
猜想c：浮力大小与液体的密度有关。
（1）小虹确定了测量浮力的方法：用弹簧测力计先测出物体的重力G，接着将物体浸入液体中静止时，读出测力计对物体的拉力F拉，可计算出物体所受的浮力F浮。其测量原理利用了______；
A．F浮与G是一对平衡力 B．F浮与G是相互作用力
C．F浮与F拉是相互作用力 D．F浮、F拉和G是一组平衡力
（2）小虹的操作步骤及测量数据如图所示。
由测量数据可得：B步骤中圆柱体物块受到水的浮力为______N；
（3）分析图中A步骤与______步骤的数据，可以验证猜想a是错误的；（填出步骤的序号）
（4）进一步学习了阿基米德原理之后，利用图的测量数据，还可以计算出其它一些物理量（水的密度已知）。下列物理量中不能计算出的是______。
A．物块的体积 B．物块的密度 C．盐水的体积 D．盐水的密度
【答案】（1）D （2）0.4 （3）C、D （4）C。
【解析】（1）浸入液体中静止的物体受竖直向下的重力，竖直向上的浮力和竖直向上的拉力保持平衡，拉力、浮力和重力平衡，是一组平衡力，故选D。
（2）由A图读出物体重力G=2.4N，B图弹簧测力计的示数FB=2N，物体受到的浮力F浮B=G-FB=
2.4N-2N=0.4N；
（3）分析A、C、D三次实验，物体浸在水中的深度增加，但所受浮力保持不变，由此验证猜想a是错误的。
（4）由A图读出物体重力G=2.4N，C图读出物体完全浸没在水中时弹簧测力计的示数FC=1.4N，物体此时所受浮力F浮C=G-FC=2.4N-1.4N=1N；又根据阿基米德原理的推导式F浮=ρ液gV排，计算出此时排开的水的体积，由于物体完全浸没，物体的体积就等于排开的水的体积V物=V排水=1×10-4m3，A可以计算出；物体的密度，B可以计算出；不能算出的是盐水的体积；
排开的盐水的体积V排盐水=V物=1×10-4m3=1×10-4m3，由E图读出物体浸没在盐水中时弹簧测力计的示数FE=1.3N，此时受到的浮力F浮E=G-FE=2.4N-1.3N=1.1N，盐水的密度。故选C。
【点拨】本实验采用的是控制变量法，在探究过程中，一定要注意控制变量法的应用。所以在得出结论时，一定要把控制的变量写出来。通过实验可以计算物体受到的浮力、体积、密度及浸入液体的密度。
对点练：（2021黑龙江哈尔滨）春辉同学做“探究浮力大小与液体密度、物体排开液体体积的关系”实验，如下图所示，A、B为同种材料的金属块（体积VA
ρ海水，均在物体静止时对弹簧测力计进行读数（其中F1、F2分别为乙、丙两图中测力计示数）。
（1）如图甲所示，春辉测量金属块A所受重力为_______N；
（2）他将金属块A分别浸没在浓盐水和清水中，如图乙、丙所示，初步得出的实验结论是：______相同时，液体密度越大，物体所受浮力越_______；
（3）春辉又将金属块B浸没在清水中（如图丁所示），测得其受到的浮力为1.2N。春辉分析图甲、图丙和图丁得出了“浮力大小与物体排开液体体积的关系”；而玉丽同学思考：对比图甲，图乙和图丁，同时结合（2）的实验结论，是否也能分析出“浮力大小与物体排开液体体积的关系”呢______？请针对玉丽的思考写出你的分析。______
【答案】（1）4 （2）排开液体体积 大 （3）不能 没有控制液体密度相同。
【解析】（1）图甲是用弹簧测力计测量金属块A的重力，弹簧测力计分度值为0.1N，示数4N，即金属块A所受重力为4N。
（2）由图乙、丙可知，金属块A浸没在浓盐水和清水中排开液体的体积相同，受到的浮力分别为F浮乙=G-F1=4N-2.8N=1.2N，F浮丙=G-F2=4N-3N=1N，由此看出，浓盐水的密度大，金属块受到的浮力大，故可得结论：排开液体体积相同时，液体密度越大，物体所受浮力越大。
（3）要得出“浮力大小与物体排开液体体积的关系”，应控制液体的密度不变、改变物体排开液体的体积。因图乙和图丁中液体密度不同，故不能得出浮力大小与物体排开液体体积的关系。
二、探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系——验证“阿基米德原理”
1、实验器材及装置图：弹簧测力计、盛有液体的溢水杯、小桶、物体（密度大于水、不吸水）
甲 乙 丙 丁
2、实验过程：
（1）测出空小桶的重力G0；
（2）测出物体的重力G；
（3）将物体浸没在溢水杯中，液体流入小桶中，读出弹簧测力计的示数，根据F浮=G-F示计算浮力；
（4）测出小桶和水的总重力G总；
（5）浮力的大小跟排开液体所受重力的关系：F浮=G-F示=G总-G0。
注意：测量物体排开液体的重力是先测出空桶的重力G0，再测出桶和溢出液体的总重力G总，则排开的液体所受重力G排＝G总－G0。
3、注意事项：
（1）溢水杯中的液体要达到溢水口，否则排开液体的重力变小；
（2）物体排开的液体确保全部流入小桶，不能撒到外面；
（3）当溢水杯不再向小桶中溢出液体时，再测量小桶和液体的总重力。
4、交流反思
（1）选用不同的液体和物体并进行多次实验，让实验结论更具普遍性；
（2）利用阿基米德原理计算物体的体积、密度(物体完全浸没时，物体密度 )
5、实验结论：浸在液体中的物体所受浮力大小等于它排开的液体所受的重力。
例题2 （2021内蒙古赤峰）（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______；
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
【答案】（1）物体所受浮力F浮/N 物体排开水所受的重力G排/N 2.5×103 （2）C。
【解析】（1）①本实验需由称重法算出物块在水中受到的浮力F浮；再根据小桶和排开水所受的总重力减去小桶所受的重力求出物体排开水所受的重力G排，根据F浮=G排从而验证了阿基米德原理，故表格第一行中Ⅰ内容为：物体所受浮力F浮/N；Ⅱ内容为物体排开水所受的重力G排/N。
②由图可知，物块所受浮力为F浮=2.5N-1.5N=1N，由F浮=ρ液gV排知道，物体排开水的体积，即可知道物体的体积，物体的质量，由知道，该物块的平均密度，即物块密度为2.5×103kg/m3。
（2）因为密度计是漂浮在液体中，所受浮力等于本身的重力，则有F浮水=F浮液=G，由阿基米德原理：F浮=ρ液gV排得ρ水gSh水=ρ液gSh液=G，故，h水是吸管浸入水中的深度，h液是吸管浸入液体中的深度，所以需要测量吸管浸入水中的深度。故选C。
【点拨】本实验的一个关键是溢水杯在物体浸入水中之前要装满，排除的液体完全进到小桶中，另外实验的顺序不能颠倒，如果顺序颠倒，测出的排开液体的重力变小。
对点练：（2020黑龙江绥化）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______。
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）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 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（），物体受到的浮力______（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______步骤不需要弹簧测力计。（填“甲”“乙”“丙”或“丁”）
【答案】（1）B （2）1 排开液体所受的重力 （3）A （4）变小 （5）乙。
【解析】（1）先测量空桶重力和物体的重力，将物体浸没在溢水杯中，测量拉力的大小，测量小桶和溢出水的重力，所以最佳顺序丁甲乙丙，故选B。
（2）图甲中物体的重力是2N，图乙中物体在水中受到的拉力是1N，物体受到的浮力
F浮=G-F=2N-1N=1N，由图丁可知，空桶的重力为0.5N，图丙中桶和溢出水的总重力为1.5N，排开水的重力G排=G总-G桶=1.5N-0.5N=1N，所以比较可知F浮=G排，即浸在液体中的物体，受到的浮力大小等于它排开液体的重力。
（3）图乙中水面未到达溢水杯的溢水，排开水的重力小于所受的浮力，会影响实验结论；图乙中物体未全部浸没在水中，排开水的重力减小，浮力减小，浮力和排开水的重力减小量相等，浮力等于排开液体的重力，不会影响实验结论。故选A。
（4）将图乙中的水换成酒精，排开液体的体积不变，液体的密度变小，由F浮=ρ液gV排可知物体受到的浮力变小。
（5）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”，图乙中物体处于漂浮状态，弹簧测力计的示数为零，不需要弹簧测力计。
点对点提高训练
1、（2021河南）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）请你写出能够支持猜想3的一个生活现象：______；
（2）进行探究时，实验步骤和弹簧测力计的示数如图所示。其中序号b中物体P所受浮力大小______N；
（3）分析a、c、d三次实验，可知浮力大小与物体浸没在液体中的深度______（选填“有关”或“无关”）；分析______三次实验，可知浮力大小与物体排开液体的体积有关；分析a、d、e三次实验，可知在物体排开液体的体积一定时，液体密度越大，物体受到的浮力______（选填“越大”或“越小”）；
（4）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物体P的密度为______kg/m3。（已知ρ水=1.0×103kg/m3，g取10N/kg）
【答案】（1）在死海里可以躺着看书 （2）1.4 （3）无关 a、b、c 越大（4）2.4×103。
【解析】（1）死海的水密度大，在死海里可以躺着看书。
（2）序号b中物体P所受浮力大小F浮=G-F=4.8N-3.4N=1.4N，则b中物体P所受浮力大小为1.4N。
（3）分析c、d实验，深度变深，浮力不变，故浮力与深度无关；分析a、b、c实验，排开液体的体积变化，浮力与排开液体的体积有关；分析a、d、e三次实验，密度变大，弹簧测力计示数变小，故浮力越大。
（4）物体P的质量为，物体的体积为，物体P的密度为
。
2、（2021广西梧州）小丽用装有沙子的柱形带盖塑料瓶探究浮力大小的影响因素。
（1）小丽列举了以下三个常识，做出了三个猜想，其中符合常识2的是猜想 ______（填序号）。
（2）为了验证上述猜想是否正确，小丽依次做了以下实验，如图所示。
①通过A、C实验步骤，可知物体浸没在水中所受浮力大小是 ______N；
②通过 ______（填字母）实验步骤，可得猜想2是 ______（选填“正确”或“错误”）；
③通过A、C、E实验步骤，可探究物体所受浮力大小与______有关；
④为验证猜想3，小丽将瓶子中的沙子倒掉一些，接着她仿照步骤D进行实验，发现测力计示数小于2N，继续将瓶子中的沙子倒掉一些，重复以上步骤，发现测力计示数始终小于2N，便认为猜想3是正确的，小丽在该实验环节中存在的问题是 ______。
【答案】（1）1、2 （2）①2 ②A、B、C 正确 ③液体密度 ④没有测量倒掉一些沙子后瓶子与沙子的总重力
【解析】（1）轮船从江里驶入海里，轮船会上浮一些，因轮船始终漂浮，且质量不变，故轮船所受浮力均等于重力不变，而江水与海水的密度不同，且因轮船上浮，故轮船排开水的体积也不同，故可知物体所受浮力与液体的密度及物体排开液体的体积有关，故符合常识2的是猜想1、2。
（2）①由图A可知，物体的重力为G=4N，由图C可知，物体浸没在水中时，弹簧测力计的拉力为F=2N，故物体浸没在水中所受浮力大小为F浮=G-F=4N-2N=2N；
②由B、C实验步骤可知，液体密度不变时，物体排开液体的体积越大，弹簧测力计的拉力越小，即物体所受浮力越大，故可得猜想2是正确的；
③A、C、E实验步骤中，物体排开液体的体积相同而液体的密度不同，物体所受浮力也不同，故可探究物体所受浮力大小与液体密度有关。
④将瓶子中的沙子倒掉一些后，再将其浸没，此时弹簧测力计的示数减小，但将沙子倒掉后，此时瓶子与沙子的总重力也减小，故无法判断其所受浮力是否变化，故该实验环节中存在的问题是没有测量倒掉一些沙子后瓶子与沙子的总重力。
3、（2021四川广安）小李同学在探究“影响浮力大小的因素”时，依次做了如图甲所示实验。
观察并分别比较图中有关数据可知：
（1）当物体浸没在水中时，受到的浮力为_________N。
（2）分析图A、C、D可得，物体在液体中所受浮力大小与_________有关。
（3）当物体从接触水面开始，到浸没于水中，直至浸没到更深位置（未触底），在图乙中能表示出此过程物体所受浮力F与浸入水中深度h关系的图象是________（选填“①”或“②”）。
（4）小李在实验中主要用到的科学探究方法是________。
【答案】（1）1 （2）液体密度 （3）② （4） 控制变量法。
【解析】（1）由A、C图可知，物体重力为4.2N，浸没在水中时，测力计示数3.2N，浮力为F浮=4.2N-3.2N=1N；
（2）分析图A、C、D，均完全浸没，水和酒精密度不同，测力计示数不同，浮力不同，所以物体在液体中所受浮力大小与液体密度有关。
（3）当物体从接触水面开始，到浸没于水中，直至浸没到更深位置（未触底），排开液体体积先增大后不变，根据F浮=ρgV排，浮力先增大后不变，所以为②。
（4）存在多个变量，所以采用了控制变量法。
4、（2021江苏泰州）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。
【答案】（1）加满 G2- F1= F2- G1 （2） 见详解 （3）不一定。
【解析】（1）大烧杯只有加满水才能够充当溢水杯；物体所受浮力为F浮= G2- F1，排开液体的重力G排= F2- G1，要验证阿基米德原理，需要F浮= G排，即G2- F1= F2- G1。
（2）体积10cm3的金属块，完全浸没在水中浮力为F浮=ρgV排=103kg/m3×10N/kg×10-5m3=0.1N，
测力计分度值为0.2N，无法测量此数据。
（3）因为浮力用测力计示数差值计算，排开液体的重力也用测力计差值计算，所以不需要金属块完全浸没。
5、（2020甘肃兰州）小霞利用如图所示的器材进行有关浮力大小的探究实验。
（1）如图甲所示，将物体逐渐浸入水中，观察弹簧测力计示数的变化，并将数据记录在表一中。
表一
分析表一中的实验数据，小霞得出的结论是：物体浸入水中的体积越大，受到的浮力越___________（选填“大”或“小”）。
（2）小霞继续利用水和石块进行如图乙所示的实验探究，并将相关实验数据记录在表二中。请补充表二中的数据：①___________；②___________。
表二
（3）根据表二的实验数据可得出的结论是：物体受到浮力的大小___________。
（4）由表二的数据，还可以计算出石块的体积为___________m3.（g=10N/kg）。
【答案】（1）大 （2） 0.6 0.6 （3）等于它排开液体的重力 （4）6×10﹣5。
【解析】（1）由图表中数据可知，物体浸入水中的体积不同，物体受到的浮力不同，且排开的体积越大，浮力越大。
（2）根据称重法求出石块全部浸入时所受的浮力，则所受浮力F浮=G石-F=2.0N-1.4N=0.6N
石块排开水所受的重力G排=G总-G杯=1.6N-1.0N=0.6N；
（3）通过计算比较可以看出，以上两个力的大小是相同的，即石块受到的浮力的大小与它排开水所受重力的大小相等。
（4）石块全部浸入时所受的浮力F浮=G石-F=2.0N-1.4N=0.6N，由F浮=ρ水gV排求得石块的体积。
6、（2021湖北随州）下列甲、乙、丙、丁四幅图是某实验小组利用弹簧测力计、溢水杯、圆柱形物块、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”的过程情景，其中弹簧测力计的示数依次是F1、F2、F3、F4。
（1）在实验操作前细心的明天同学指出:在情景甲中存在错误，该错误是溢水杯中水面______；
（2）纠正错误后，该探究实验的合理顺序为______（用甲、乙、丙、丁表示）；
（3）在情景乙的测量中，溢水口还在溢水过程中，义正同学便急忙把小杯移开，开始测量小杯和溢出水的总重力，这样会导致测得“排开液体所受重力”______（选填“偏小”“不变”或“偏大”）；
（4）在完成实验之后，陶子同学发现实验桌上有一瓶用于测量密度的盐溶液，她思考之后建议：利用浮力来测量该液体的密度。经过组内一番讨论，仅增加了戊图（注意：戊图中是盐水，乙图中是水）所示情景，此时弹簧测力计示数为F5，则待测盐溶液的密度ρ液可表示为或，其中X=______（用F1、F5表示）。
【答案】（1）没有与溢水口相平 （2）丁、甲、乙、丙 （3）偏小 （4）F1-F5。
【解析】（1）该错误是溢水杯中水面没有与溢水口相平。
（2）首先测出小桶的重力，其次用测力计测出某物体所受重力，再把被测物体浸没在盛满水的溢水杯中，读出这时测力计示数，同时，用小桶收集物体排开的水，最后测出小桶和物体排开的水所受的总重力。所以该探究实验的合理顺序为丁、甲、乙、丙。
（3）溢水口还在溢水过程中，义正同学便急忙把小杯移开，开始测量小杯和溢出水的总重力，这样会导致测得“排开液体所受重力”偏小。
（4）分析甲、戊图，由平衡条件得F1=G，F5+ρ液gV排=G，分析乙图，由平衡条件得F2+ρ水gV排=G，联立解得，故其中X=F1-F5。
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“>”“=”、“F丙，由于ρ液