初中物理浮力大小的计算实验题

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）	$\dots \dots$	${\rho }_{物}<{\rho }_{液}$

某同学把弹簧测力计下挂一均匀金属圆柱体浸在液体中，探究弹簧测力计示数与液体密度的关系，实验时该同学把圆柱体浸没在不同液体中，分别记下了弹簧测力计的示数，得到实验数据如表所示。

液体密度 $\rho (\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$	1.2	1.8	2.0	2.4
弹簧测力计示数 $F\left(N\right)$	7.5	4.5		1.5

（1）根据表中实验数据，空格处应填写　　。

（2）在如图中能反映表中弹簧测力计示数与液体密度之间关系的图象是　　。

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）

如图1所示，小彬同学对“浸没在液体中的物体所受浮力大小与深度是否有关”进行了实验探究。

（1）实验前首先应按竖直方向对弹簧测力计进行　 　。本实验中，使用弹簧测力计时，手应该拿住弹簧测力计的　　（选填“拉环”或“刻度盘” $)$。

（2）小彬同学依次进行了如图1所示的实验，第①次实验中测力计示数为　　 $N$．通过分析发现，浸没在纯水中的物体所受的浮力大小与深度　　（选填“有关”或“无关” $)$。进一步分析得出：物体浸没后与放入前相比，容器对水平地面的压力增加了　　 $N$。

（3）小彬同学又进行了“盐水浮鸡蛋”的实验，发现一个有趣的现象：悬浮在盐水中如图2所示位置的鸡蛋，如果用外力将鸡蛋轻轻向下或向上移动一小段距离，撤销外力后它马上又回到原来位置悬浮。此现象初步表明：深度增大，浸没在盐水中的鸡蛋所受的浮力　　（选填“增大”、“减小”或“不变” $)$。

（4）为了精确检验这一结论是否正确，小彬同学找到一个分度值为 $0.1g$的电子秤，将图1中的纯水换成盐水静置一段时间后，用图1中的同一物体，依次进行了图3所示的实验。分析电子秤的示数可知：（3）中的结论是正确的。进一步分析可知，出现这一现象的真正原因是：盐水的　　随深度变化而变化。小彬同学为自己的新发现感到万分高兴，但他并没有停下探究的脚步，再一次分析，他计算出图3②到图3④细线对物体拉力的变化量为　　 $N$。

弹簧测力计是我们在许多力学实验中常用的测量工具，让我们利用它来探究力学中蕴含的奥秘吧!

（1）小聪用弹簧测力计探究"浮力大小与哪些因素有关"，实验过程如图一所示。

①在图一甲中测量物体重力前应先明确弹簧测力计的量程和 　    　，观察指针是否指在零刻度线的位置。

②分析图一中实验数据可知，物体浸没在水中时受到的浮力为 　     　N。

③比较图一中甲、乙、丙三次的实验数据，可知浮力的大小与 　        　有关。

④小聪通过数据还计算出了物体A的体积为 　     　m ³，A的密度为 　     　kg/m ³。

（2）小明用弹簧测力计探究"影响滑动摩擦力大小的因素"，实验装置如图二所示

①实验中为了测量滑动摩擦力的大小，用弹簧测力计沿水平方向拉动木块，应使其做        　运动。

②比较A、B两图中弹簧测力计的示数，可得出结论是： 　                    　滑动摩擦力越大。利用此结论，如果要在拔河比赛中获胜应选用图三中 　    　类型的鞋（填字母）。

③小明利用图C继续进行探究时，突然拉动下面木块，观察到上面的小木块向后倾倒，则上面小木块受到摩擦力的方向是向 　 　（选填"前"或"后"）的。

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：　                                   　。

在物理实验操作考核中，水平桌面上放置底面积为100cm ²的圆柱形容器（不计容器壁厚度），内有12cm的水（如图甲），某考生用弹簧测力计悬挂一金属圆柱体，从液面开始缓慢浸入水中，拉力F与圆柱体下表面到水面距离h的变化关系如图乙所示，当圆柱体下表面距液面为10cm时，系圆柱体的细线恰好松开，圆柱体沉入容器底部（水未溢出）。如图丙所示（g取10N/kg）

求：

（1）圆柱体浸没在水中时所受到的浮力；

（2）圆柱体的体积；

（3）圆柱体沉入底部时，水对容器底部的压强。

某同学在做“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”时，进行了如下操作：

$A$．如图甲，用测力计测出某物体所受的重力

$B$．如图乙，把被测物体浸没在盛满水的溢水杯中，读出此时测力计的示数，同时，用小桶收集物体排开的水。

$C$．如图丙，测出小桶和物体排开的水所受的总重力。

$D$．如图丁，测出小桶所受的重力。

同时将测量的实验数据记录在下面的表格中

物体所受的重力 $/N$	物体在水中时 测力计读数 $/N$	浮力 $/N$	小桶和排开水所受的总重力 $/N$	小桶所受的重力 $/N$	排开水所受的重力 $/N$
2	1		2.2

（1）由于粗心缺少了一些数据，请根据上图将表格补充完整。

（2）为了较小实验误差，可以调整实验步骤顺序为　　（只填字母序号）

（3）分析实验，可得出实验结论　　。

为了测量某种液体的密度，“艾学习”同学设计了如下实验步骤：

A．用测力计测出小金属块在空气中的重力为G

B．将适量的待测液体倒入量筒中，读数为V₁

C．将测力计下面所挂小金属块完全浸没在量筒里的液体中，静止时测力计读数为F₁

D．记下金属块浸没在液体中时，量筒内液面处读数为V₂。

E．快速提起液体中的小金属块，读出此时测力计示数为F₂和量筒液面处读数为V₃。

问题：（1）为减少误差，合理的实验顺序编号为　　；

（2）用实验步骤中的测量值符号（和g）表示该液体的密度ρ＝　　。

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 $\pi =3)$

一般情况下，人在水中会下沉，在死海中却能漂浮在水面上。为此，小李同学猜想：浮力的大小可能跟液体的密度有关。为了检验这个猜想，他设计了如图所示的实验进行探究：

（1）铝块在水中受到的浮力 $F_{浮}=$　　 $N$。

（2）比较图乙、丙两图中铝块所受浮力的大小，小李同学得出浮力的大小与液体的密度无关的结论，你认为这个结论是　　（选填“正确“或“错误” $)$的，原因是　　。

（3）小赵同学认为用以下方法检验更为简便：将同一个新鲜鸡蛋依次轻放入盛有水和浓盐水的烧杯中，看到鸡蛋在水中下沉，在浓盐水中悬浮如图丁所示。分析鸡蛋受力可知，在水中下沉是因为它受到的浮力　　（选填“大于”、“小于”或“等于” $)$重力；在浓盐水中悬浮时，根据　　的知识可得，鸡蛋受到的浮力　　（选填“大于”、“小于”或“等于” $)$重力，从而可以得出结论：浮力的大小与液体的密度　　（选填“有关”或“无关” $)$。

某实验小组利用甲图所示的器材，来探究“浮力的大小与哪些因素有关”：

（1）选择器材，验证猜想：

探究一：只选择器材 $a$、 $c$、 $d$、 $e$，就可以探究“浮力的大小是否与物体浸在液体中的体积有关”；

探究二：只选择器材　　（选填器材编号），就可以探究“浮力的大小是否与液体的密度有关”；

探究三：只选择器材 $a$、 $b$、 $d$、 $e$，就可以探究　　。

（2）在上述过程中采用的研究方法主要是　　。

$A$．比值法 $B$．等效法 $C$．控制变量法 $D$．估算法

（3）完成以上探究后，他们又按乙图所示的步骤进行了测量物质密度的实验。

①称量出 $a$金属块的重力 $G=F_1=4.8N$；将它浸没在水中时，弹簧测力计的示数 $F_2=$　　 $N$，则此时物体所受浮力为 $F_{浮}=$　　 $N$；

②将 $a$金属块浸没到煤油中，此时弹簧测力计的示数 $F_3=4.0N$，由此可知煤油的密度为 ${\rho }_{\mathit{煤油}}=$　　 $\mathit{kg}/m^3$。

小明用天平和量筒测量一个外形不规则且不溶于水的固体的密度（已知该固体的密度小于水的密度）。

（1）测量过程如下：

①将天平放在水平桌面上，把游码调至标尺左端的零刻度线处，调节平衡螺母，使指针指在分度盘的　　，天平平衡。

②把该固体放在天平左盘，平衡时右盘砝码和游码在标尺上的位置如图甲所示，该固体的质量为　　 $g$。

③用量筒测该固体的体积时，用细线将小金属球绑在固体下方（具体测量过程如图乙所示）。该固体的体积为　　 $c{m}^3$。

④该固体的密度为　　 $\mathit{kg}/m^3$。

（2）实验结束后，小明没有利用天平和量筒，用弹簧测力计，细线、烧杯和足量的水又测出了小金属球的密度，具体过程如下：

①用细线系着小金属球，将其挂在弹簧测力计下，测出小金属球的重力 $G$；

②在烧杯中装入适量的水，将挂在测力计下的小金属球完全浸没在水中（小金属球没有碰到烧杯底和侧壁），读出弹簧测力计示数 $F$；

③该小金属的体积 $V_{\mathit{小金属球}}=$　　（用字母表示，水的密度为 ${\rho }_{水})$；

④该小金属球的密度 ${\rho }_{\mathit{小金属球}}=$　　（用字母表示，水的密度为 ${\rho }_{水})$。

在“探究浮力大小跟哪些因素有关”的实验中，某同学提出了如下的猜想：①浮力的大小可能跟物体浸入液体的深度有关；②浮力的大小可能跟物体排开液体的体积有关；③浮力的大小可能跟液体的密度有关。并做了下图所示的实验，请根据要求完成问题

（1）图C中物体所受的浮力为　　N；

（2）由图D和图　　可验证猜想③；

（3）该同学由图B和图C能否得出“浮力的大小可能跟物体浸入液体的深度有关”的结论？

答：　　（填“能”或“不能”）理由是　　

（4）本实验中盐水的密度　 　kg/m³