初中物理阿基米德原理的应用实验题

如图所示，物理兴趣小组用金属块研究浮力的实验。

（1）金属块浸没在水中时，受到的浮力是　       　 $N$。

（2）比较　      　（填字母代号）三图可得出结论：金属块受到的浮力大小与其排开液体的体积有关。

（3）比较　       　（填字母代号）三图可得出结论：金属块受到的浮力大小与其浸没在液体中的深度无关。

（4）金属块的密度为　        　 $\mathit{kg}/m^3$。

（5）在实验中，排除测量误差因素的影响，兴趣小组发现金属块排开水的重力明显小于所受的浮力，请指出实验操作中可能造成这种结果的原因：　       　。

（6）纠正了错误，继续实验，兴趣小组得出结论：物体所受浮力的大小等于它排开液体所受的重力。有同学对此结论提出质疑，他认为仅采用浸没的金属块做实验不具备普遍性，使用漂浮的蜡块做实验未必遵循以上结论。针对这个质疑，实验室提供了如下器材：弹簧测力计、蜡块、细线、量筒、烧杯、小木块、小桶、轻质塑料袋（质量可忽略）、适量的水。请你根据需要选择器材并设计实验，研究使用漂浮的蜡块做实验是否遵循兴趣小组所得出的结论。

实验器材：　                                     　；

实验步骤：　                                     　；

分析与论证：　                                   　。

为何漂浮在水面上的竹筷一般都是横躺着而不是竖直的？这一现象引起了小科的思考。

【思考】漂浮在水面上的竹筷只受到重力和浮力的作用，因为它们是一对　　力，所以竹筷应该能够竖直地静止在水面上，但事实并不如此。

【实验】小科以内含金属块的中空细塑料管模拟竹筷进行实验探究。如图所示，把一个质量适当的金属块，固定在一根底端封闭的中空细塑料管内的不同位置后，分别轻轻地竖直放在水和浓盐水中，观察它是否始终保持竖直。观察到的实验现象如表：

	$a$	$b$	$c$	$d$
水	不能	不能	能	能
浓盐水	不能	不能	不能	能

【分析】（1）把金属块和塑料管视为一个物体，金属块位置的改变，会改变物体的　　位置。相同条件下，这一位置越低，细管在液体中能竖直漂浮的可能性越大。

（2）分析金属块固定在 $c$点时，细管放入水和浓盐水中时的实验现象可知，相同条件下，浮力作用点的位置相对细管底端越　　（填“高”或“低” $)$，细管在液体中能竖直漂浮的可能性越大。

其实，上述实验现象还需要用杠杆、能的转化等知识来解释，有待于继续研究 $\dots$

已知水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，某兴趣小组用一薄壁量杯（杯壁体积忽略不计）制作了一个测量液体密度的简易装置，操作如下：

（1）在量杯内装入适量细沙后放入水中，量杯在水中竖直静止时，如图甲所示。此时量杯浸入水中的体积为　       　 $\mathit{mL}$；

（2）将该装置放入某液体中，静止时如图乙所示，则该液体的密度为　     　 $\mathit{kg}/m^3$；某同学将一小石子放入量杯，静止时如图丙所示，则小石子质量是　      　 $g$。

某物理兴趣小组探究在不使用天平、量筒的情况下测量合金块和液体密度的方法，并进行了以下实验：

第一步：如图甲所示，用弹簧测力计测量合金块所受的重力，其示数为 $4N$ ；

第二步：如图乙所示，将该合金块浸没在水中，静止时弹簧测力计示数为 $3N$ ；

第三步：将该合金块从水中取出并擦干，再浸没到如图丙所示的待测液体中，静止时弹簧测力计示数如图丁所示。

根据以上实验，请回答下列问题：

（1）使用弹簧测力计测量前，应观察它的指针是否 　　，若没有，则进行调整；

（2）该合金块浸没在水中时受到的浮力为 　　 $N$ ；

（3）该合金块的密度为 　　 $\mathit{kg}/m^3$ ；

（4）图丁中弹簧测力计读数是 　　 $N$ ，待测液体的密度是 　　 $\mathit{kg}/m^3$ 。

如图是生活中常用的小茶杯，请你在下列器材中选择合理的器材，利用浮力等相关知识设计一个测量小茶杯密度的实验。

备选器材：若干个量筒、溢水杯和烧杯，记号笔、足量水（小茶杯可以放入溢水杯、烧杯，但放不进量筒）

要求：

（1）简述实验步骤（如需将小茶杯放入水中，请明确表述小茶杯放入水中的具体操作）：用符号表示有关的物理量。

（2）利用测出的物理量写出小茶杯密度的表达式。（水的密度用 ${\rho }_{水}$表示）

小陈同学在老师的指导下完成了以下实验：

①用弹簧测力计测出一个带盖子的空玻璃瓶的重力，如图甲所示；

②用手拿着这个盖紧瓶盖的空玻璃瓶浸没在水中，放手后发现玻璃瓶上浮；

③将一个铁块装入玻璃瓶并盖紧盖子，放入水中放手后发现玻璃瓶下沉；

④取出玻璃瓶并擦干瓶上的水，挂在弹簧测力计上，保持玻璃瓶竖直，然后从图乙所示位置慢慢浸入水中，并根据实验数据绘制了弹簧测力计的示数 $F$与玻璃瓶下表面浸入水中深度 $h$的关系图象如图丙所示。

（1）装有铁块的玻璃瓶全部浸没在水中时受到的浮力是　　 $N$。

（2） $\mathit{BC}$段说明物体受到的浮力大小与浸没的深度　　（选填“有关”、“无关）。

（3）在第②操作步骤中空玻璃瓶浸没在水中时受到的浮力为　　 $N$。

（4）小陈认真分析以上实验数据和现象后发现，物体的沉浮与物体的重力和所受浮力有关，其中上浮的条件是　　。

（5）若圆柱形容器的底面积为 $100c{m}^2$，在乙图中，当玻璃瓶浸没后，水又对容器底的压强增加了　　 $\mathit{Pa}$。

（6）细心的小陈同学发现玻璃瓶上还标有 $100\mathit{mL}$的字样，于是在装有铁块的玻璃瓶内装满水并盖上瓶盖，再用弹簧测力计测出总重力，如图丁所示，此时弹簧测力计示数为 $3.1N$，根据以上数据他算出了铁块的密度为　　 $\mathit{kg}/m^3$。

安安和康康在实验室里发现了一个可爱的卡通小玩偶，如图甲所示．他们选择不同的方法测量它的密度．

（1）康康用天平（砝码）、量筒、细线和水测量小玩偶的密度．

①当天平右盘所加砝码和游码位置如图乙所示时，天平在水平位置平衡，则小玩偶的质量为　　 $g$；

②在量筒中装有适量的水，小玩偶放入量筒前后水面变化的情况如图丙所示，则小玩偶的体积为　　 $c{m}^3$；

③小玩偶的密度为　　 $\mathit{kg}/m^3$．

（2）安安利用弹簧则力计、烧杯，细线和水，用另一种方法量小玩偶的密度，如图丁所示，她进行了如下操作

$:$

①在弹簧测力计下悬挂小玩偶，弹簧测力计静止时示数为 $F_G$．

②将小玩偶浸没水中，静止时读出弹簧测力计示数为 $F_1$，她用 $F_G$、 $F_1$和 ${\rho }_{水}$，计算出小玩偶的密度，如若小玩偶未完全浸入水中，那么安安所测得的小玩偶密度将会偏　　（选填“大”或“小” $)$．

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 $10c{m}^3$ 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 $G_1$ 和 $G_2$ ；

②把大烧杯用小垫块垫起，使右边的溢水口斜向下，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 $F_1$ ；

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 $F_2$ 。

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。

小琪非常喜欢吃大樱桃，很想知道它的密度，于是进行了如下测量：

（1）将天平放在水平台上，游码移到标尺左端的零刻线处，指针的位置如图甲所示，则应将平衡螺母向　　（填“左”或“右” $)$端调节，使横梁平衡。

（2）他取来一颗大樱桃，用天平测出了大樱桃的质量如图乙所示为　　 $g$。

（3）将一颗大樱桃放入装有 $30\mathit{mL}$水的量筒中，水面上升到图丙所示的位置，大樱桃的体积为　　 $c{m}^3$，密度为　　 $g/c{m}^3$。

（4）小琪将大樱桃放入量筒中时，筒壁上溅了几滴水，所测的大樱桃密度会　　（填“偏大”或“偏小” $)$。

（5）小琪还想利用大樱桃（已知密度为 ${\rho }_0)$、平底试管、刻度尺测量家里消毒液的密度，实验步骤如下：

①在平底试管中倒入适量的消毒液，用刻度尺测量试管中液面的高度 $h_1$。

②将大樱桃放入试管内的消毒液中，大樱桃处于漂浮状态，用刻度尺测量试管中液面的高度 $h_2$。

③取出大樱桃，在其内部插入一根细铁丝（忽略大樱桃体积的变化），重新放入试管内的消毒液中，由于浸没在消毒液中时重力　　（填“大于”“小于”或“等于” $)$浮力，大樱桃沉入试管底部，用刻度尺测量试管中液面的高度 $h_3$。

④消毒液密度的表达式为 ${\rho }_{\mathit{消毒液}}=$　　。

如图所示，小李在实验室中做了如下实验：

①用弹簧测力计测出物体 $A$受到的重力；

②用弹簧测力计测出物体 $A$浸没在水中时受到的拉力；

③用天平称量出酒精和容器的总质量；

④物体 $A$仍然挂在弹簧测力计下，浸没在酒精中，但不触底，容器中的酒精也未溢出，通过增减砝码和移动游码，仍使天平保持平衡。根据以上实验步骤回答下列问题：

（1）物体浸没在水中所受的浮力 $F_1=$　　 $N$；浸设在酒精中所受的浮力 $F_2=$　　 $N$；

（2）当物体 $A$浸没在酒精中，天平仍保持平衡时，右盘中只有两个砝码，其质量分别为　　、　　 $g$，此时游码在标尺上指示的质量值是　　 $g$．（已知酒精的密度为 $0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$

如图是"探究阿基米德原理"的实验，其步骤如下：

（1）如图甲所示，用弹簧测力计测出一满袋水的重力为 $2N$ （不计袋子厚度和重力）；

（2）乙图，将水袋浸入水中，静止时弹簧测力计示数为 $1.2N$ ，此时水袋所受浮力为 　　 $N$ ；

（3）丙图，继续让水袋下沉，但未浸没，水袋所受浮力 　　（选填"变小"、"不变"或"变大" $)$ ；

（4）丁图，水袋浸没在水中，静止时弹簧测力计示数为 $0N$ 。由此 　　（选填"能"或"不能" $)$ 得到结论：此时水袋受到的浮力等于它排开水所受到的重力；

（5）设丙图中水袋受到的浮力为 $F_{浮}$ ，排开水所受到的重力为 $G_{排}$ ，则 $F_{浮}$ 　　 $G_{排}$ （选填" $=$ "或" $\ne$ " $)$ 。

端午节家庭聚会后，小鹏的父亲将喝剩的白酒交给他，要他利用所学的物理知识测出白酒的密度。家中没有量筒，只找到了一个弹簧测力计和一个废旧的铁块，于是他在两只玻璃杯中分别装入水和白酒，进行了如下操作：

①将铁块悬挂在弹簧测力计下方，读出测力计的示数F ₁，如图甲所示；

②把铁块浸没在水中，读出测力计示数F ₂；

③把铁块浸在白酒中，读出测力计示数F ₃。请你回答下列问题：

（1）弹簧测力计示数F ₁＝ 　     　N；

（2）图中他有操作错误的是图 　     　（选填"甲"、"乙"、"丙"），请指出错误之处 　     　；

（3）更正错误操作后，测力计的示数变成F ₄，请你帮小鹏推导出白酒密度的表达式ρ _酒＝ 　     　。（用字母符号表示，水的密度为ρ _水）

如图是“利用杠杆测量石块密度”的实验。 $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

（1）在实验前，杠杆静止在图甲所示的位置，此时杠杆处于　     　（选填“平衡”或“不平衡”）状态；要使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向　     　调节，这样做的目的是　       　，并消除杠杆自重对实验的影响。

（2）在溢水杯中装满水，如图乙所示，将石块缓慢浸没在水中，让溢出的水流入小桶 $A$中，此时小桶 $A$中水的体积　       　石块的体积。

（3）将石块从溢水杯中取出，擦干后放入另一相同小桶 $B$中，将装有水和石块的 $A$、 $B$两个小桶分别挂在调好的杠杆两端，移动小桶在杠杆上的位置，直到杠杆在水平位置回复平衡，如图丙所示。此时小桶 $A$、 $B$的悬挂点距支点 $O$分别为 $13\mathit{cm}$和 $5\mathit{cm}$，若不考虑小桶重力，则石块密度的测量值为　      　 $\mathit{kg}/m^3$；若考虑小桶重力，石块的实际密度将比上述测量值　       　。

小明所在学习小组在验证“阿基米德定律”的实验中，选择溢水杯、水、弹簧测力计、铁块、小桶、细线等器材进行实验，具体操作步骤如下：

$A$．测出铁块所受重力 $G$；

$B$．测出空桶所受重力 $G_1$；

$C$．将溢水杯中装满水；

$D$．把挂在弹簧测力计下的铁块浸没在水中，让溢出的水全部流入小桶中，读出测力计示数 $F$；

$E$．测出小桶和被排开水的总重 $G_2$；

$F$．记录分析数据，归纳总结实验结论，整理器材

（1）以上步骤中，若得到　　（填写题中对应数据的字母），说明验证实验是成功的。

（2）若想测量小木板所受浮力和体积的大小，学习小组设计如图的实验：现将小木块挂在弹簧测力计下，测力计示数为 $F_1$，再将定滑轮用吸盘固定在烧杯底（滑轮质量不计），弹簧测力计通过定滑轮拉着木块浸没在水中静止时，示数为 $F_2$，其中定滑轮的作用是　　，此时木块所受浮力 $F_{浮}=$　　，木块的体积 $V_{木}=$　　（用字母表示）

开原以盛产大蒜闻名，小越想知道开原大蒜的密度，他将一些蒜瓣带到学校测量。

（1）他将天平放在水平桌面上，把游码放到标尺左端零刻度线处，指针静止时指在分度盘右侧，他应向　　（填“左”或“右” $)$调节平衡螺母，使天平平衡。

（2）小越测得一个蒜瓣的质量如图甲所示为　　 $g$。

（3）他将蒜瓣放入装有 $25\mathit{ml}$水的量筒中，水面上升到图乙所示的位置，蒜瓣的体积为　　 $c{m}^3$，密度为　　 $\mathit{kg}/m^3$。

（4）小越对实验进行评估，觉得蒜瓣太小，测得体积的误差较大，导致测得的密度不准。他设计了下列解决方案，其中合理的是　　（填字母）。

$A$．换量程更大的量筒测量

$B$．测多个蒜瓣的总质量和总体积

$C$．换分度值更大的量筒测量

（5）同组的小爱同学测得一个装饰球 $A$的密度为 ${\rho }_0$，他们想利用它测量一杯橙汁的密度，发现装饰球 $A$在橙汁中漂浮，于是选取了测力计、细线和一个金属块 $B$，设计了如图丙所示的实验过程：

①用测力计测出装饰球 $A$的重力为 $G$；

②将装饰球 $A$和金属块 $B$用细线拴好挂在测力计下，并将金属块 $B$浸没在橙汁中静止，读出测力计的示数为 $F_1$；

③将装饰球 $A$和金属块 $B$都浸没在橙汁中静止（不碰到杯底），读出测力计的示数为 $F_2$．根据②、③两次测力计示数差可知　　（填“装饰球 $A$”或“金属块 $B$” $)$受到的浮力。橙汁密度的表达式 ${\rho }_{\mathit{橙汁}}=$　　（用 ${\rho }_0$和所测物理量字母表示）。