初中物理阿基米德原理的应用实验题

小晨设计了一个实验，用排水法测某实心金属块的密度。实验器材有小空桶、溢水烧杯、量筒和水。实验步骤如下：

①让小空筒漂浮在盛满水的溢水杯中，如图甲；

②将金属块浸没在水中，测得溢出水的体积为20毫升，如图乙；

③将烧杯中20毫升水倒掉，从水中取出金属块，如图丙；

④将金属块放入小空筒，小空筒仍漂浮在水面，测得此时溢出水的体积为44毫升，如图丁。

请回答下列问题：

（1）被测金属块的密度是　　克 $/$厘米 ${}^3$。

（2）在实验步骤③和④中，将沾有水的金属块放入小空筒，测出的金属块密度将　　（选填“偏大”、“不变”或“偏小” $)$。

小张在家中自制了一个简易密度计并用它来测定盐水的密度。

实验器材有：刻度尺、圆柱形竹筷、细铅丝、烧杯、水、待测盐水。

实验步骤如下：

①用刻度尺测出竹筷的长度 $L$

②竹筷的下端缠上适量的细铅丝

③把自制的密度计放入盛水的烧杯中，静止后用刻度尺测出液面上竹筷的长度 $h_1$（如图所示）

④把自制的密度计放入盛盐水的烧杯中，静止后用刻度尺测出液面上竹筷的长度 $h_2$

根据上面的步骤回答下列问题：

（1）竹筷下端缠上适量的细铅丝，主要目的是　　（选填“降低重心”或“增大支撑面” $)$使竹筷能竖直漂浮在液面。

（2）密度计是利用浮力　　重力的条件工作的，竹筷下表面受到水的压强　　竹筷下表面受到盐水的压强（均选填“大于”、“等于”、或“小于” $)$

（3）被测液体的密度越大，密度计排开液体的体积　　（选填“越小’”或“越大” $)$

（4）被测盐水的密度表达式： ${\rho }_{\mathit{盐水}}=$　　（不计铅丝体积，水的密度为 ${\rho }_{水})$

小张在家中自制了一个简易密度计并用它来测定盐水的密度。

实验器材有：刻度尺、圆柱形竹筷、细铅丝、烧杯、水、待测盐水。

实验步骤如下：

①用刻度尺测出竹筷的长度 $L$

②竹筷的下端缠上适量的细铅丝

③把自制的密度计放入盛水的烧杯中，静止后用刻度尺测出液面上竹筷的长度 $h_1$（如图所示）

④把自制的密度计放入盛盐水的烧杯中，静止后用刻度尺测出液面上竹筷的长度 $h_2$

根据上面的步骤回答下列问题：

（1）竹筷下端缠上适量的细铅丝，主要目的是　　（选填“降低重心”或“增大支撑面” $)$使竹筷能竖直漂浮在液面。

（2）密度计是利用浮力　　重力的条件工作的，竹筷下表面受到水的压强　　竹筷下表面受到盐水的压强（均选填“大于”、“等于”、或“小于” $)$

（3）被测液体的密度越大，密度计排开液体的体积　　（选填“越小’”或“越大” $)$

（4）被测盐水的密度表达式： ${\rho }_{\mathit{盐水}}=$　　（不计铅丝体积，水的密度为 ${\rho }_{水})$

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：　                                   　。

某同学准备用弹簧测力计、烧杯、水、吸盘、滑轮、细线来测量木块（不吸水）的密度。

（1）在弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量就越　      　。

（2）如图甲所示，木块所受的重力为　     　 $N$。

（3）如图乙所示，将滑轮的轴固定在吸盘的挂钧上，挤出吸盘内部的空气，吸盘在　 　的作用下被紧紧压在烧杯底部。如图丙所示，在烧杯中倒入适量的水，用细线将木块栓住，通过弹簧测力计将木块全部拉入水中，此时弹簧测力计示数为 $0.4N$，如果不计摩擦和细线重，木块受到的浮力为　    　 $N$，木块的密度为　　   $\mathit{kg}/m^3$． $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

（4）如果将图丙烧杯中的水换成另一种液体，重复上述实验，此时弹簧测力计示数为 $0.2N$，则该液体的密度为　     　 $\mathit{kg}/m^3$。

李华利用生活中常见物品巧妙地测出一石块的密度，实验过程如下：

$A$．取一根筷子，用细线将其悬挂，调节悬挂位置，直至筷子水平平衡，悬挂位置记为 $O$点，如图甲所示；

$B$．将矿泉水瓶剪成烧杯形状，倾斜固定放置，在瓶中装水至溢水口处，用细线系紧石块，将石块缓慢浸入水中，溢出的水全部装入轻质塑料袋中，如图乙所示；

$C$．取出石块，擦干水分；将装水的塑料袋和石块分别挂于筷子上 $O$点两侧，移动悬挂位置使筷子仍水平平衡，用刻度尺分别测出 $O$点到两悬挂点的距离 $l_1$和 $l_2$，如图丙所示。

（1）已知水的密度为 ${\rho }_{水}$，则石块密度 ${\rho }_{石}=$　         　（用字母 ${\rho }_{水}$和所测得的物理量表示）；

（2）采用上述实验方法，筷子粗细不均匀对实验结果　        　（选填“有”或“无”）影响；

（3）图乙所示步骤中，若瓶中的水未装至溢水口，实验结果将　       　（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。

如图甲是小明设计的“空气浮力演示器”：将一空心金属球与配重通过细线悬挂在定滑轮上，调节配重质量使二者保持静止，用气泵往玻璃容器内缓慢压入空气，可根据现象证明空气浮力的存在。已知金属球重5牛，体积为 $5\times {10}^{-3}$米 ${}^3$．（滑轮和细线的重力、配重的体积及各种摩擦均忽略不计）

（1）用气泵向甲装置玻璃容器内压入空气，观察到什么现象可以说明金属球受到空气浮力的作用？　　。

（2）制作该演示器中的空心金属球，用了体积为 $5\times {10}^{-5}$米 ${}^3$的金属材料求该金属材料的密度。

（3）小明想通过最小刻度为0.1牛的弹簧测力计反映空气浮力大小的变化，他设想将该演示器改进成如图乙所示装置。压入空气前，容器内原有的空气密度为1.2千克 $/$米 ${}^3$，现通过气泵向玻璃容器内压入空气，使容器内空气密度增大到3.0千克 $/$米 ${}^3$，能否使演示器中的弹簧测力计示数变化值大于0.1牛，请通过计算说明。

小明同学在探究浮力的实验中：

（1）如图甲，把半径为 $3\mathit{cm}$、密度均匀的实心小球 $A$用细线挂在弹簧测力计上，测得其重力为　　 $N$，他用手竖直向上轻轻托起小球，弹簧测力计示数将变　　。

（2）他又将小球 $A$缓慢放入盛有适量水的烧杯中，弹簧测力计的示数逐渐变小，说明小球受浮力作用且浮力的方向是竖直向　　，当小球顶部距水面 $7\mathit{cm}$时，弹簧测力计示数为 $1.9N$，如图乙，小球受到的浮力大小是　　 $N$。

（3）为进一步研究浮力产生的原因，小明自制了薄壁实验箱，左右分别是柱形箱 $B$和 $C$， $B$箱下部有一圆孔与 $C$箱相通，他将上下表面是橡皮膜的透明空心立方体 $M$放在圆孔上紧密接触，并向 $B$箱中加入适量的水使 $M$浸没且沉在箱底，如图丙。现往 $C$箱加水至与 $M$下表面相平时， $M$下表面橡皮膜　　（选填“受到”或“不受” $)$水的压力作用；继续向 $C$箱中加水至 $M$上下表面橡皮膜形变程度相同时，则 $M$上下表面受到水的压力　　（选填“相等”或“不相等” $)$；再向 $C$箱中加一定量的水， $M$上下表面形变程度如图丁，则下表面受到水的压力　　（选填“大于”“小于”或“等于” $)$上表面受到水的压力。这就是浮力产生的真正原因。

（4）同组小斌同学根据第（2）小题中小球受到的浮力大小和第（3）小题探究浮力产生的原因巧妙地计算出图乙中小球 $A$受到水对它向下的压力是　　 $N$．（圆面积公式 $S=\pi r^2$，取 $\pi =3)$

归纳与演绎是科学学习中非常重要的科学方法，下表是兴趣小组归纳“根据 $\rho =\frac{m}{V}$，运用浮力知识间接测量固体密度”的方法，请回答：

方法	实验器材	操作过程	思维过程	数据处理	适用范围
一	弹簧测力计 烧杯 水		$\because m=\frac{G}{g}{V}_{物}=V_{浮}=\frac{F_{浮}}{{\rho }_{水}g}$ $\therefore {\rho }_{物}=\frac{m_{物}}{V_{物}}=\frac{G}{F_{浮}}{\rho }_{水}=\frac{F_1}{F_1-F_2}{\rho }_{水}$	（1） ${\rho }_{物}=$　 $3\times {10}^3$　 千克 $/$米 ${}^3$	${\rho }_{物}>{\rho }_{液}$
二	量筒 细铁丝 水		$\dots \dots$ （2） ${\rho }_{物}=$　　 （用 $V_1$、 $V_2$、 $V_3$、 ${\rho }_{水}$表示）	$\dots \dots$	${\rho }_{物}<{\rho }_{液}$

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　　 $\mathit{kg}/m^3$。

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）。

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 ${\rho }_{\mathit{消毒液}}=$　　。

小晴在沙滩上捡到一小块鹅卵石，想用学过的浮力知识测量它的密度，于是把它拿到了实验室。

（1）她设计了用弹簧测力计、烧杯、水、细线测量的方案如下：

a．用细线将鹅卵石系在弹簧测力计下，测出鹅卵石的重力，记为G。

b．在烧杯内装入适量水，并用弹簧测力计提着鹅卵石，使它浸没在水中，记下弹簧测力计的示数F。

c．鹅卵石密度的表达式为ρ_石＝           　（用G、F和ρ_水表示）。

（2）在用弹簧测力计测量鹅卵石的重力时，出现了如图甲所示的现象，使得她放弃了这个方案，她放弃的理由是　                                                　。

（3）她在老师指导下重新设计了用天平、烧杯、水、细线测量鹅卵石密度的方案，并进行了测量。

a．将天平放在水平台上，把游码放到标尺　             　处，当指针静止时如图乙所示，此时应将平衡螺母向　      　（选填“左”或右”）调节，直到横梁平衡。

b．用天平测量鹅卵石的质量，天平平衡时，砝码质量和游码位置如图丙所示，则鹅卵石的质量为　      　g。

c．在烧杯内装入适量的水，用天平测量烧杯和水的总质量为60g。

d．如图丁所示，使烧杯仍在天平左盘，用细线系着鹅卵石，并使其悬在烧杯里的水中，当天平平衡时，天平的示数为68.8g。则鹅卵石的体积为　      　cm³，鹅卵石的密度为　       　g/cm³．（结果保留一位小数，ρ_水＝10×10³kg/m³）

下面是珠珠同学测量物体密度的实验

（1）请你将测量合金球密度”的实验过程补充完整。

①把天平放在水平台上，游码放在标尺左端的　     　处，再将平衡螺母向左调节可使天平平衡，说明游码刚归零时，指针静止时指在分度盘中线的　   　（填“左”或“右”）侧

②如图甲用天平测出合金球的质量为　     　g。

③珠珠将合金球放入装有40mL水的量筒中，水面上升到图乙所示的位置，由以上数据可知，该合金球的密度为　            　kg/m³。

（2）实验后，珠珠又邀请爽爽一起测量台球的密度（已知ρ_台球＞ρ_水），天平被其他小组借走了，台球又放不进量筒中，于是他们找到如图丙所示盛有水的玻璃容器，并借助保鲜盒、细线和记号笔，设计了如下实验步骤

①将空保鲜盒放在容器中，使其竖直漂浮在水面上，标记出水面的位置；

②将台球放入保鲜盒中，使其竖直漂浮在水面上，标记出水面的位置；

③用细线拴住台球，将台球浸没在水中（保鲜盒仍然漂浮），标记出水面的位置；图中A、B、C是爽爽标记的水面位置，其中　    　点是步骤②的标记点；

④将保鲜盒和台球取出，向玻璃容器中加水至标记点C；

⑤打开阀门向量筒中放水，待水面下降到B点时，读出量筒中水的体积V₁，继续向这个量筒中放水，待水面下降到A点时，再次读出量筒中水的体积V₂；

⑥台球的密度ρ_台球＝         　（用字母表示，已知水的密度为ρ_水）。