初中物理压强和浮力实验题

某校"制作浮力秤"项目研究小组，制成如图所示浮力秤。使用过程中，发现称量范围较小，有待提升改造。

【原理分析】浮力秤是利用物体漂浮时 $F_{浮}=G_{物}$ 的原理工作的；浮力大小与液体密度和物体排开液体的体积有关。

【问题提出】浮力大小与液体密度存在怎样的定量关系？

【方案设计】

器材：悬挂式电子秤、金属块 $(4.0N)$ 、大烧杯、水以及各种不同密度的溶液等。

步骤：①将金属块挂在电子秤下，读取电子秤示数并记录；

②将金属块浸没在盛水的烧杯中，读取电子秤示数并记录，然后取出金属块擦干；

③按照步骤②的操作，换用不同密度的溶液，多次重复实验。

【数据处理】

实验编号	1	2	3	4	5	6	7
液体密度     ${\rho }_{液}\left(g/c{m}^3\right)$	$-$	0.8	1.0	1.2	1.4	1.9	2.0
电子秤示数     $F_{拉}\left(N\right)$	4.0	3.6	3.5	3.4	3.3	2.6	3.0
浮力大小     $F_{浮}\left(N\right)$	$-$	0.4	0.5	$x$	0.7	1.4	1.0

【交流分析】

（1）表格中 $x$ 的数据是 　　；

（2）实验过程中，除步骤①外，其余每一次测量，金属块都需要浸没，其目的是 　　；

（3）小组同学对实验数据进行了分析讨论，认为第6次实验数据异常。若电子秤正常工作、电子秤读数和表中数据记录均无误。则造成此次实验数据异常的原因可能是 　　。

【得出结论】 $\dots \dots$

【知识应用】（4）根据以上探究，写出一种增大浮力秤称量范围的方法 　　。

某小组探究"浮力的大小与排开液体所受重力的关系"。

（1）弹簧测力计使用前要先进行 　　。

（2）实验步骤如图1所示，甲、乙、丁、戊中弹簧测力计的示数分别为 $F_1$ 、 $F_2$ 、 $F_3$ 、 $F_4$ 。由图甲和丁可知物体受到的浮力 $F_{浮}=$ 　　。

（3）以下选项中若 　　成立，则可以得出浮力的大小与排开液体所受重力的关系。

A．	$A.F_1-F_2=F_3-F_4$
B．	$B.F_1-F_3=F_4-F_2$
C．	$C.F_3-F_2=F_1-F_4$

（4）另一小组利用两个相同的弹簧测力计 $A$ 和 $B$ 、饮料瓶和吸管组成的溢水杯、薄塑料袋（质量忽略不计）对实验进行改进，装置如图2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，观察到 $A$ 的示数逐渐 　　， $B$ 的示数逐渐 　　，且 $A$ 、 $B$ 示数的变化量 　　（选填"相等"或"不相等" $)$ 。

（5）比较两种实验方案，改进后的优点是 　　（多选）

A．	$A.$ 测力计 $A$ 的示数就是物体所受浮力的大小
B．	$B.$ 实验器材生活化，测力计固定、示数更稳定
C．	$C.$ 能同步观察测力计 $A$ 、 $B$ 示数的变化

某物理小组在"研究液体内部的压强"实验时，想知道液体对容器底部的压强增加量△ $p_{液}$ 及容器对水平面的压强增加量△ $p_{容}$ 与哪些因素有关，他们选取了体积相同、密度不同的若干小球放入水中（水深大于小球直径，且水不溢出），如图所示，测出水对容器底部的压强增加量△ $p_{液}$ 及容器对水平面的压强增加量△ $p_{容}$ ，得到的实验数据如表中实验序号 $1-5$ 所示。

液体分类	水     $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$					未知液体     $\left({\rho }_{液}\right)$
实验序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
${\rho }_{球}\left(\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4
△     $p_{水}$ （帕     $)$	294	392	490	490	490	294	392	490	539	539
△     $p_{容}$ （帕     $)$	294	392	490	588	686	294	392	490	588	686

（1）本实验设计所用到的实验方法是下列中的 　　。

A．	$A.$ 控制变量法
B．	$B.$ 转换法
C．	$C.$ 等效替代法
D．	$D.$ 理想模型法

（2）分析比较表中实验序号 $1-5$ 中的数据及相关条件可知：当 ${\rho }_{球}$ 　　 ${\rho }_{水}$ （选填" $>$ "、" $<$ "、" $=$ "、" $⩾$ "、" $⩽$ " $)$ 时，△ $p_{液}=$ △ $p_{容}$ 。

（3）分析比较表中实验序号 $1-5$ 中的数据及相关条件可知：△ $p_{液}$ 与 ${\rho }_{球}$ 　　（选填"成正比"、"成反比"或"无关" $)$ 。

（4）他们仅改变液体种类，利用上述实验器材重复了实验，得到数据如表中实验序号 $6-10$ 所示。据此可知该液体的密度 ${\rho }_{液}=$ 　　 $\mathit{kg}/m^3$ 。

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．	$A.F_{浮}$ 与 $G$ 是一对平衡力
B．	$B.F_{浮}$ 与 $G$ 是相互作用力
C．	$C.F_{浮}$ 与 $F_{拉}$ 是相互作用力
D．	$D.F_{浮}$ 、 $F_{拉}$ 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，利用如图的测量数据，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．	$A.$ 物块的体积
B．	$B.$ 物块的密度
C．	$C.$ 盐水的体积
D．	$D.$ 盐水的密度

港珠澳大桥是世界上最长的跨海大桥，其海底隧道由33节沉管组成。某节沉管两端密封后的质量为 $7.5\times {10}^7\mathit{kg}$，体积为 $8\times {10}^4{m}^3$．安装时，用船将密封沉管拖到预定海面上，向其水箱中灌入海水使之沉入海底，为了便于观察安装情况，沉管竖直侧壁外表面涂有红、白相间的水平长条形标识（如图），每条红色或白色标识的长度 $L$均为 $30m$，宽度 $d$均为 $0.5m$。海水的密度取 $1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．求：

（1）沉管灌水前的重力；

（2）要使沉管沉入海底至少需要灌入海水的重力；

（3）沉管沉入海底后，两条相邻的红色标识受到海水的压力差。

如图1所示，是某学校科技节上展示的两件作品，小明为此作了以下解说：

（1）甲是简易的温度计，它的工作原理是利用　　的性质而制成的。它的测温效果与小玻璃瓶的容积和玻璃管的　　有关；所用的测温物质是煤油而不是水，这是因为煤油的　　较小，吸收（或放出）相同的热量时，玻璃管内液柱变化更为明显。

（2）乙是简易的气压计，当外界气压减小时，玻璃管内液柱的液面会　　。

【提出问题】小华发现甲、乙的构造非常相似，提出乙是否也能做温度计使用？

【设计实验和进行实验】把两装置中的小玻璃瓶同时没入同一热水中，观察到乙装置中玻璃管内液柱上升更明显，这是由于瓶内的　　受热膨胀更显著，故乙也能做温度计使用。

【拓展】查阅相关资料，了解到人们很早就发明了如图2所示的气体温度计，当外界环境气温升高时，该温度计中的管内液面会　　。但由于受外界　　、季节等环境因素变化的影响，所以，这种温度计测量误差较大。

某实验小组用天平和刻度尺分别测出了质地均匀的正方体蜡块和盐水的密度。

（1）用天平测蜡块的质量时，应将蜡块放在天平的　　盘，如图甲所示，蜡块的质量是　　 $g$；

（2）用细长针使蜡块浸没在装满水的溢水杯中，再用天平测得溢出水的质量为 $10g$，则蜡块的体积是　　 $c{m}^3$，蜡块的密度 ${\rho }_{蜡}=$　　 $g/c{m}^3$；

（3）用刻度尺测出正方体蜡块的高度为 $h_1$，如图乙所示，蜡块漂浮在盐水中，再用刻度尺测出蜡块露出液面的高度为 $h_2$，则盐水的密度 ${\rho }_{\mathit{盐水}}=$　　（用 $h_1$、 $h_2$和 ${\rho }_{蜡}$表示）

有两块边长均为4cm的无色透明的正方体"玻璃"。一块是普通玻璃（密度为）；另一块是"有机玻璃"（密度为）。请你选用所需器材，设计一种方案，在不损坏"玻璃"的原则下区分它们。

实验器材：托盘天平、海绵、细线、大烧杯、刻度尺、浓盐水（密度为）。

请将所选器材、操作方法、现象及结论填入下表（方案不能与示例相同）。

	所选器材	操作方法	现象	结论
示例	托盘天平	将两块"玻璃"分别放在调节好的天平的两个托盘上。	天平一端下降	下降的一端放的是普通玻璃
你的方案

如图所示是建筑工地上常见的一种起重机的简化图，为了保证起重机吊起重物时不会翻倒，在起重机右边配有一个重物m₀；已知OA＝9m，OB＝3m。用它把质量为3×10³kg、底面积为0.5m²、高为2m的长方体物体G从空气中匀速放入水中某一位置，直到物体完全浸没在水中。（g取10N/kg，ρ_水＝1.0×10³kg/m³）。求：

（1）物体G的密度。

（2）起吊前，物体G静止在水平地面上时，它对地面的压强。

（3）若物体G被缓慢匀速从地面上吊起，起G重机横梁始终保持水平，若起重机横梁自重不计，OA、OB的长度不变，右边的配重m_o的质量是多少？

（4）当物体G从空中匀速浸没在水中，若配重m_o的位置、质量都不变，起重机始终保持水平，OA的长度如何变化？变化了多少？

小明在探究“液体压强的大小与液体深度和液体密度的关系”实验中，所用的器材有：U形管压强计、烧杯、刻度尺，足量的酒精、水和盐水，已知ρ_酒精＜ρ_水＜ρ_盐水。

（1）如图1是U形管压强计。实验前，为了检查探头与U形管之间是否漏气，小明用手轻压探头的橡皮膜，同时观察U形管两侧液面　                     　。

（2）在探究“液体压强的大小与液体深度的关系”时，记录的部分实验信息如下表：

实验 次数	液体 密度	液体深度 h/cm	U形管两侧液面 的高度差△h/cm	液体压强 的大小
1	相同	3	2.7	a
2		6	5.8	b
3		9	8.9	c

①请将表格中a、b、c三处空缺的信息补充完整：

a、　 　b、　 　c、　   　

②根据表中信息可得出的探究结论是　                                     　。

（3）在探究“液体压强的大小与液体密度的关系”时，三次实验现象如图2所示。三个烧杯中的液面相平，U形管两侧液面的高度差相同，探头在液体中的深度不同。

小明根据三次实验现象，并结合（2）中②的结论，得出了该探究结论。请你简要说明他分析实验信息得出该探究结论的过程　                                                                     　。

组合机械在工业生产中有广泛的应用，如图为某组合机械示意图，杠杆AB可绕O点转动，AO：OB＝4：1，一个体重为600N的人用竖直向下的力拉绳子自由端，使动滑轮O₁的上拉钩对杠杆B端产生一个竖直向下的拉力F_拉，使杠杆在水平位置保持静止，杠杆自重、滑轮重、绳重及摩擦均不计。

（1）A端所挂重物的重力为300N，则人对绳子自由端的拉力是多少？

（2）作出此时人的受力示意图。

（3）若人与地面的接触面积为400cm²，则人对地面的压强是多少？

某小组同学用如图所示装置，研究圆柱体在水中下降的过程中弹簧测力计示数和台秤示数的变化情况。他们使圆柱体在水中缓慢下降，将圆柱体下表面到水面的距离h、弹簧测力计的示数F ₁、台秤的示数F ₂记录在下表中。

实验序号	h（厘米）	F 1（牛）	F 2（牛）
1	1.0	7.7	10.3
2	2.0	7.4	10.6
3	3.0	7.1	10.9
4	4.0	6.8	11.2
5	5.0	6.5	11.5
6	6.0	6.5	11.5

①分析比较实验序号1～4的数据中F ₁、F ₂的变化情况及相关条件，可得出的初步结论是：圆柱体在浸入水的过程中，F ₁ 　　，F ₂ 　　；

②表中实验序号 　　的数据表明，圆柱体在相应的位置已全部浸没在水中；

③表中两组数据间F ₁变化量的大小为△F ₁，相应的F ₂变化量的大小为△F ₂，分析比较实验序号1～6的数据，可得出的结论是：圆柱体在水中缓慢下降的过程中，△F ₁与△F ₂的关系是 　　。当圆柱体处于实验序号6的位置时，所受浮力的大小为 　　牛。

为研究物体在液体中所受向上的力与哪些因素有关，小明设计了方案进行实验。小明用弹簧测力计将一圆柱体悬挂在空容器中，如图，此时测力计示数为 $F_0$ ．然后逐次向容器中注入液体 $A$ ，并将圆柱体下表面到液面的距离 $h$ 、相应的弹簧测力计示数 $F$ 、 $F_0$ 与 $F$ 的差值△ $F$ 记录在表一中。为进一步探究，小明换用液体 $B$ 重复实验，并将数据记录在表二中。（液体 $A$ 、 $B$ 密度分别为 ${\rho }_A$ 、 ${\rho }_B$ ，且 ${\rho }_A>{\rho }_B)$

表一：（液体 $A)$

实验序号	$h$ （厘米）	$F$ （牛 $)$	△ $F$ （牛 $)$
1	3.0	8.5	1.5
2	6.0	7.0	3.0
3	9.0	5.5	4.5
4	12.0	5.0	5.0

表二：（液体 $B)$

实验序号	$h$ （厘米）	$F$ （牛 $)$	△ $F$ （牛 $)$
5	3.0	8.8	1.2
6	6.0	7.6	2.4
7	9.0	6.4	3.6
8	12.0	6.0	4.0

①分析比较实验序号1、2与3（或5、6与 $7)$ 数据中 $F$ 和 $h$ 的关系及相关条件，可得出的初步结论是：同一物体在同一种液体中， 　　。

②分析比较实验序号1、与2与3（或5、6与 $7)$ 的数据中△ $F$ 和 $h$ 的关系及相关条件，可得出的初步结论是：同一物体在同一种液体中， 　　。

③分析比较实验序号1、5（或2、6，或3、 $7)$ 的数据中△ $F$ 和 $h$ 的关系及相关条件，可得出的初步结论是：同一物体在 　　。

④实验中圆柱体的重力为 　　牛，高度为 　　厘米。

"营养早餐工程"惠及千家万户家住南部山区的小刚也是受益者之一，每周都能喝到政府发给的牛奶。在学习了密度知识以后，小刚利用托盘天平、烧杯和水测量牛奶的密度，他进行了如下操作：

（1）小刚观察到牛奶包装盒上标有 $\mathbf{250}\mathit{mL}$ 字样；

（2）将盒装牛奶放在已经调节好的天平左盘，在右盘中加减砝码后，发现天平仍然不平衡，小刚接下来应该进行的操作是 　　。

（3）天平平衡后，观察右盘中砝码质量和游码在标尺上的位置如图1所示。然后小刚将盒中的牛奶倒入烧杯中，用天平测得牛奶包装盒的质量为 $\mathbf{7}\mathit{g}$ 。则牛奶的密度为 　　。

（4）小刚用这种方法测出的牛奶密度和真实值相比 　　（选填"偏大"或"偏小" $\mathbf{)}$

（5）小刚在学习完浮力知识后，认识了一种测量液体密度的仪器一密度计（如图2所示），将其放入液体中，当它竖立静止时，与液面相交的读数即为液体密度。小刚受到启发，用细沙、水、刻度尺，记号笔、烧杯和平底玻璃管（数量不限），设计实验并完成了测量，请你帮助小刚利用上述器材完成測量牛奶密度的实验。

①写出具体的操作步骤（可以结合简图用文字说明，测量物理量用字母表示）。

②根据上述步骤中所测物理量，写出牛奶密度的表达式推导过程（有必要的文字说明）

③牛奶密度的表达式 ${\mathit{\rho }}_{\mathbf{牛奶}}$ （用已知量测量量表示，比如水的密度用 ${\mathit{\rho }}_{\mathbf{水}}$ 表示）

小明发现家中鱼缸的电源适配器（与手机充电器功能相同）烧坏，供氧系统的气泵不工作了，鱼缸里的鱼存在缺氧危险，经检查发现：电源适配器与家中淘汰的手机充电器在输入电压、输出电压、输出电流等主要规格上完全相同，由此小明设想利用手机充电器和手机电池替换坏掉的电源适配器，构建一个不间断供电系统：当手机充电器不工作时，由手机电池给气泵供电；当手机充电器工作时，手机充电器能够同时给手机电池充电和气泵供电。已知气泵额定功率为 $2.5W$ ，手机电池电压为 $3.7V$ 、容量为 $2000\mathit{mA}·h$ （容量：电池充满电后，通电流与可供电时间的乘积）。

（1）请用笔画线代替导线，将图甲中电路连接完整，实现对气泵不间断供电功能。

（2）将导气管末端放入鱼缸，发现随着放入水中深度的增大，导气管放出的气量在减少，说明水的压强具有 　　的特点。

（3）当只有手机电池对气泵供电时，为了测量气泵的实际功率，小明应该选择电流表的 　　（选填" $0~0.6A$ "或" $0~3A$ " $)$ 量程接入电路；电流表正确接入电路后指针如图乙所示，气泵的实际功率为 　　 $W$ 。

（4）在（3）状态下，气泵能够工作的最长时间为 　　 $h$ 。