课时训练(十三) 浮力的相关实验
A基础练
1.(2023江西)【探究名称】探究浮力大小与物体的形状是否有关。
【问题】某同学想知道浮力大小是否与物体的形状有关。于是,该同学进行了如下探究。
【证据】(1)该同学用一块橡皮泥(不吸水)、一个弹簧测力计、烧杯、水和细线,按如下步骤进行实验。
①如图K13-1 a所示,用弹簧测力计测出橡皮泥所受的重力为 N;
②如图b所示,将橡皮泥捏成实心长方体浸没在水中,读出弹簧测力计的示数;
③如图c所示,将同一块橡皮泥捏成实心圆柱体浸没在水中,读出弹簧测力计的示数;
④如图d所示,将同一块橡皮泥捏成实心球体浸没在水中,读出弹簧测力计的示数。
图K13-1
【解释】(2)图b中橡皮泥受到的浮力大小为 N。
(3)由以上实验可知,浮力大小与物体的形状 。
【交流】(4)本实验在其他因素都相同的前提下,只改变物体的形状来进行探究。在物理学中,这种研究方法称为 。
(5)在实验④中,将橡皮泥从图d位置向下移放到图e位置时,橡皮泥在水中的深度增加,橡皮泥所受浮力大小
(选填“变大”“变小”或“不变”),说明浮力大小与 无关。
(6)若用刻度尺和弹性较好的橡皮筋来替代弹簧测力计,能否完成本实验的探究 答: 。
2.(2023烟台)某实验小组为了探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K13-2所示:
图K13-2
(1)实验过程中,利用图 能够计算出物体所受的浮力大小。用图 能计算出物体排开液体的重力大小。(填序号)
(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 。
(3)为了使结论具有普遍性,该小组还应该进行的操作是 。
(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的重力不相等,在排除误差因素的情况下,出现这个结果的原因可能是 。(写出一条即可)
B能力练
3.(2023随州)实验课上,老师和同学们测量盐水的密度,他们用弹簧测力计、烧杯、水(密度用ρ水表示)、金属块A、盐水以及不吸水的细线等器材完成了图K13-3中的实验。
(1)要测量金属块A浸没在水中受到的浮力,合理的测量顺序是 (选填“①→②”或“②→①”)。
图K13-3
(2)金属块A浸没在水中时受到的浮力F= N。
(3)完成图中各项实验后分析可知:金属块A所受浮力大小与 (选填“液体密度”或“金属块的密度”)有关。
(4)请推导出图③中盐水的密度表达式ρ盐水= (用F1、F2、F3、ρ水表示)。
4.(2024绥化)在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中,实验操作如下。实验过程中弹簧测力计的示数如图K13-4所示。(图中所用容器的底面积是50 cm2,均为相同的平底薄壁圆柱形容器,物块不吸水和另一液体)
图K13-4
(1)测量前,需沿 方向将弹簧测力计调零。
(2)实验中,物块浸没在水中受到的浮力是 N。
(3)如果对比B、E两次实验,得出“浮力的大小与液体密度有关”的结论,那么这种做法 (选填“正确”或“不正确”),理由是 。
(4)由 两次实验可得出结论:浮力的大小与物体浸没在液体中的深度无关。
(5)完成E实验操作后,用弹簧测力计将物块向上拉出液面一小部分,弹簧测力计示数变为2.8 N,此操作会使容器中的液面下降 cm。(g取10 N/kg)
5.(2024烟台)橡皮泥可以被捏成各种形状,深受同学们喜欢。学习了力学知识后,小红利用家中的量杯、茶壶和垫块,测出了橡皮泥的密度。已知橡皮泥的密度大于水的密度(橡皮泥的吸水忽略不计),操作过程如下:①如图K13-5所示,把茶壶的一侧垫起并装满水,将橡皮泥轻轻放入茶壶中,用量杯接住溢出的水;②倒掉量杯中的水,从茶壶中取出橡皮泥,将量杯和橡皮泥擦干;③把茶壶重新加满水,将橡皮泥捏成空心碗放入壶中,让其浮在水面上,用量杯接住溢出的水。
图K13-5
(1)操作①是为了获得橡皮泥的 ,操作③是为了获得橡皮泥的 。
(2)假设操作①量杯中水的体积为V1,操作③量杯中水的体积为V2,水的密度为ρ0,请写出橡皮泥密度的表达式ρ= 。
(3)如果操作③中茶壶里的水有少量进入橡皮泥捏成的空心碗中,则橡皮泥密度的测量结果 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
6.某同学在野外捡到一块小石块,在课外兴趣活动小组活动中进行了如下探究:(g取10 N/kg)
①如图K13-6甲所示,在托盘秤上放一个盛有适量水的容器,稳定后托盘秤的示数为m1=1 kg;
②用细线(质量和体积均不计)将小石块系住,手握细线将小石块慢慢浸入水中(水未溢出),当小石块浸没到如图乙所示位置,稳定后托盘秤的示数为m2=1.1 kg;
③如图丙所示,松手后小石块沉到容器底部,稳定后托盘秤的示数为m3=1.26 kg。
图K13-6
(1)该小石块受到的重力为 N,该小石块浸没在水中时受到的浮力为 N。
(2)该小石块的体积为 m3,该小石块的密度为 kg/m3。
7.(2024长春)“领先”科创小组利用一个内、外壁均附有刻度尺,厚度均匀的平底柱形玻璃筒进行如下探究:
图K13-7
(1)将玻璃筒放入大烧杯内的水中,玻璃筒竖直漂浮,如图K13-7甲所示。测得玻璃筒浸入水中的深度为h1。
(2)向玻璃筒中缓慢注水,观察到玻璃筒浸入水中的深度逐渐变大,说明:浸在液体中的物体所受浮力的大小跟
有关;进一步分析还可说明:液体内部压强跟 有关。当玻璃筒内水柱的高度为h0时停止注水,此时玻璃筒仍竖直漂浮,测得玻璃筒浸入水中的深度增加了h2。
(3)如图乙所示,将一个底部平滑的固体艺术品放在质地均匀的黏土上A处;将玻璃筒从水中取出并将外壁及底擦干,然后放在黏土上B处,继续向玻璃筒中缓慢注水,发现黏土凹陷程度增大,说明压力的作用效果跟
有关。当B处与A处凹陷程度相同时,停止注水,发现玻璃筒内水柱的高度增加了0.5h0。
(4)利用上述方法可粗略测出该艺术品对黏土的压强,其表达式为p= (用ρ水、g及物理量符号表示)。
C拔高练
8.(2023苏州)综合实践活动课上,小明用一根长约20 cm的圆柱状饮料吸管、一段细铁丝、石蜡和水等制作了一个简易密度计。制作时,小明先将吸管两端剪平,细铁丝密绕成小团后塞入吸管一端,再用石蜡将该端口堵住密封;接着将吸管置于水中使其处于竖直漂浮状态(如图K13-8甲所示),用笔在吸管上标记此时水面位置O;取出吸管,量出O点至封口端的距离H。通过分析与计算,在吸管上分别确定密度值0.8 g/cm3、0.9 g/cm3、1.0 g/cm3、1.1 g/cm3的位置并标上密度值。使用时,将密度计静置于待测液体中,读出吸管壁上液面处的数值即为液体密度。
图K13-8
(1)O位置处的刻度值为 g/cm3。
(2)吸管漂浮在其他液体中时(如图乙所示),液面下方的深度h= (用ρ水、ρ液、H表示)。
(3)管壁上标注的0.8 g/cm3、0.9 g/cm3、1.0 g/cm3、1.1 g/cm3 4个刻度值中,相邻两刻度值之间的距离
(选填“相等”或“不相等”)。
(4)小明突发奇想,将制作好的密度计内的细铁丝从吸管上端倒出,缠绕到底部外侧,其他没有变化(如图丙所示),他用这样“改装”后的密度计测同一液体密度,测量结果 (选填“偏大”“偏小”或“无变化”)。
(5)若增加塞入吸管中细铁丝的质量,则制作的密度计精确程度将 。
【参考答案】
1.(1)①4 (2)2 (3)无关
(4)控制变量法
(5)不变 深度
(6)能
[解析](1)由图a可知,弹簧测力计的示数是4 N,所以橡皮泥所受的重力为4 N。
(2)由图b可知,弹簧测力计的示数是2 N,橡皮泥受到的浮力F浮=G-Fb=4 N-2 N=2 N。
(3)由实验现象可知,同一块橡皮泥捏成不同形状物体浸没在水中时,弹簧测力计的示数相同,由称重法可知,不同形状的橡皮泥所受浮力相同,说明浮力的大小与物体的形状无关。
(4)探究浮力的大小与物体的形状的关系,保持其他因素都相同,只改变物体的形状这一因素,用到控制变量法。
(5)在实验④中,将橡皮泥从图d位置向下移放到图e位置时,橡皮泥在水中的深度增加,排开水的体积不变,由图可知,橡皮泥所受浮力大小不变,说明浮力大小与深度无关。
2.(1)②和③ ①和④
(2)相等
(3)换用不同的液体和物体多次实验
(4)烧杯中的水没有装满(答案合理即可)
3.(1)①→② (2)1.3
(3)液体密度
(4)ρ水
[解析](2)由图①②可知,金属块A浸没在水中的浮力F=F1-F2=4.5 N-3.2 N=1.3 N。
(4)由图①和②可知,金属块的体积V=V排==;由①和③可知,金属块A受到盐水的浮力为F浮盐水=ρ盐水gV =F1-F3,则盐水密度ρ盐水===ρ水。
4.(1)竖直 (2)2
(3)不正确 未控制物体排开液体的体积相同(或未控制物体浸入液体的体积相同)
(4)C、D (5)1
[解析](5)物块浸没在水中,排开水的体积等于物块的体积,则物块体积为V=V排===2×
10-4 m3;由A、E实验得,物块浸没在液体中受到的浮力是F浮'=G-F'=4.0 N-2.4 N=1.6 N;由F浮=ρ液gV排得,液体的密度为ρ液体====0.8×103 kg/m3;完成E实验操作后,用弹簧测力计将物块向上拉出液面一小部分,弹簧测力计示数变为2.8 N,该操作使物块受到的浮力减小ΔF浮=F1-F'=2.8 N-2.4 N=0.4 N;由F浮=
ρ液gV排得,物块排开液体的体积减小ΔV排===5×10-5 m3;会使容器中的液面下降Δh===0.01 m=1 cm。
5.(1)体积 质量
(2) (3)不变
6.(1)2.6 1
(2)1×10-4 2.6×103
[解析](1)小石块的质量m石=m3-m1=1.26 kg-1 kg=0.26 kg,所以小石块所受的重力G石=m石g=0.26 kg×10 N/kg= 2.6 N。小石块浸没在水中时排开水的质量m排=m2-m1=1.1 kg-1 kg=0.1 kg,所以小石块浸没在水中时受到的浮力F浮=G排=m排g=0.1 kg×10 N/kg=1 N。
(2)小石块浸没在水中时排开水的体积V排===1×10-4 m3,所以小石块的体积V石=V排=1×
10-4 m3;小石块的密度ρ石===2.6×103 kg/m3。
7.(2)排开液体的体积 液体的深度
(3)压力大小
(4)ρ水h1g+1.5ρ水h2g
[解析](4)当玻璃筒内水柱的高度为h0时停止注水,此时玻璃筒仍竖直漂浮,测得玻璃筒浸入水中的深度增加了h2,由浮沉条件得,此时玻璃筒中水的重力为G1=ΔF浮=ρ水ΔV排g=ρ水S筒h2g,由浮沉条件得,玻璃筒的重力为G筒=F浮筒=ρ水V排1g=ρ水S筒h1g;B处与A处凹陷程度相同,说明艺术品对黏土的压强等于玻璃筒对黏土的压强,此时桶内装水的高度为h水=h0+0.5h0=1.5h0,则此时玻璃筒内装水的重力为G2=1.5G1=1.5ρ水S筒h2g;该艺术品对黏土的压强p=p玻璃筒====ρ水h1g+1.5ρ水h2g。
8.(1)1.0 (2)
(3)不相等
(4)偏大 (5)变高
[解析](2)图乙中吸管漂浮在其他液体中时,所受浮力等于自身重力不变,则有ρ水gSH=ρ液gSh,化简可得h=。
(3)密度计的刻度值上小下大,上疏下密,则管壁上标注的4个刻度值,相邻两刻度值之间的距离不相等。
(5)若增加塞入吸管中铁丝的质量,则相邻刻度间的距离变大,制作的密度计精确程度将变高。
