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中考物理专题13 浮力实验问题|连载13
2021-10-18 08:25    点击次数:76

专题13 浮力实验问题

1.考查方式

(1)已知实验现象,寻找实验原因。

(2)已知实验表格或图象,寻找物理规律。

(3)已知实验数据,算出需要的物理量。

2.必记需要牢记的知识

(1)认真分析实验现象或实验数据,找出原因和结果两个因素。

(2)判断原因和结果是相同还是不同,如果不同,其不同点是什么。

(3)关注物理条件改变与物理现象变化之间的联系,寻求数据之间的相互关系的特征。

(4)用自己的语言力求客观、准确和简洁地对探究结果进行表述。

3.解答相关实验类问题的答题规则

(1)如果实验过程中用到了控制变量法,要写明这个探究结论的前提条件。

(2)若归纳定性结论,应“由表及里,由具体到抽象,由特殊到一般,由个性到共性”进行抽象概括得出结论。

(3)若是归纳定量结论,应注意从“和、差、积(反比)、商(正比)、平方”等方向寻找规律。

【例题1】(2020苏州)小明用装有沙子的带盖塑料瓶探究浮力的影响因素。

(1)小明列举了三个常识,分别做出了三个猜想,其中符合常识1的是猜想   (填序号)。

常识

猜想

常识1:木头漂在水面,铁钉沉在水底

常识2:轮船从长江驶入大海,船身会上浮一些

常识3:人从泳池浅水区走向深水区,感觉身体变轻

猜想1:与浸入液体的深度有关

猜想2:与液体的密度有关

猜想3:与物体的密度有关

(2)为了验证上述猜想是否正确,小明依次做了如下实验:

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①根据A、B、C的结果,可得猜想1是   (正确/错误)的;根据A、C、D的结果,可得猜想1是   (正确/错误)的。深入分析上述现象,可得:浮力大小与   有关,与浸入液体的深度   ;

②接下来根据A、D和E   (能/不能)对猜想2进行验证;

③为验证猜想3,小明在老师的指导下,将瓶子中的沙子倒掉一些以减小物体密度。接着他仿照步骤D进行实验,发现此时测力计示数小于1.8N,便认为该猜想是正确的。小明在该实验环节中存在的问题是   。

【答案】(1)3;(2)①正确;错误;排开液体的体积;无关;②能;③没有测量出此时瓶子(含有沙子的)重力。

【解析】(1)木头漂在水面,是因为木头的密度小于水的密度;铁钉沉在水底,是因为铁的密度大于水的密度,

其中符合常识1的是与物体的密度有关,即符合常识1的是猜想3;

(2)①B、C实验中(物体在水中的深度不同),测力计示数不同,由称重法,两实验中受到的浮力不同,根据A、B、C的结果,可得猜想1是正确的;

而C、D实验中,浸入液体的深度不同,两实验中,测力计示数相同,由称重法,两实验中受到的浮力相同,根据A、C、D的结果,可得猜想1是错误的;

B、C实验中排开液体的体积不同,而C、D实验中排开液体的体积相同,深入分析上述现象,可得:浮力大小与排开液体的体积有关,与浸入液体的深度无关;

②研究浮力与液体的密度有关,要控制排开液体的体积相同,只改变排开液体的密度,故接下来根据A、D和E能对猜想2进行验证;

③根据称重法测浮力,F浮=G﹣F,

将瓶子中的沙子倒掉一些以减小物体密度,则此时瓶子(含有沙子的)重力小于2.8N,为验证猜想3,即浮力与与物体的密度有关,应测量出此时瓶子(含有沙子的)重力中,故小明在该实验环节中存在的问题是没有测量出此时瓶子(含有沙子的)重力。

【对点练习】同学们在认识和研究浮力时,进行了如下的探究.

(1)小华将乒乓球按入水中,松手后,发现乒乓球竖直上浮,这说明了什么__________

(2)小帅利用水、弹簧测力计和带有标记线的长方体物块等器材,进行了如图所示的实验.

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第一点:____________;

第二点:____________。

【答案】(1)浸在水中的乒乓球受到竖直向上的浮力,且浮力大于重力

(2)在研究浮力大小与物体排开液体体积的关系   理由:由图知,V排1<V排2<V排3;

弹簧测力计的示数越小,浮力越大,得F浮1<F浮2<F浮3,可知ρ液不变时,V排越大,浮力越大.所以我认为他在研究浮力大小与物体排开液体体积的关系

(3)①小勇的实验不仅能探究出浮力大小与排开液体体积的关系,还能探究出浮力大小与液体密度的关系;②小勇的实验使用了多种液体,可使实验结论更具有普遍性。

【解析】对浮力问题,课标要求达到认识水平。在探究基础上来认识。(1)判断物体的沉浮,需要知道其受力情况。浮力大于重力则上浮。(2)浮力大小与什么因素有关系,通过实验可以直接观察,本题需要考虑与物体自身有关的物理量。比如质量、密度、体积等。(3)选择实验器材做实验,若体现实验的普遍性,则实验具有说服力。

【对点练习】在探究“影响浮力大小的因素”这一问题时,请你根据图所示实验操作,从中选出一些图,针对某一个因素进行研究,并通过分析弹簧测力计的示数,说明你的探究结果.

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(1)探究的因素是:         .选用的图是:      (填图中的序号).

(2)小明想探究“物体受到的浮力与其形状是否有关”,他找来薄铁片,烧杯和水进行实验,实验步骤如下:

步骤一:将铁片放入盛水的烧杯中,铁片下沉至杯底;

步骤二:将铁片弯成“碗状”再放入水中,它漂浮在水面上.

①通过分析可知,第一次铁片受到的浮力第二次铁片受到的浮力(选填“大于”、“等于”或“小于”);

②小明得出:物体受到的浮力与其形状有关,小明得出错误结论的原因是:他只关注了铁片的改变,忽视了           对浮力大小的影响.

【答案】(1)浮力大小与物体排开液体的体积的关系;①②③或①②④;

(2)①小于;②形状;排开水的体积.

【解析】(1)要探究浮力大小与多个变量的关系,运用控制变量法分析解答.

①结合题意,首先要做出自己的猜想,再根据猜想运用控制变量法判断出探究的因素;

②根据猜想选择可用于探究的实验步骤,即可得出需要选用的图.

③运用控制变量法得出浮力大小与变量之间的关系.

(2)利用浮沉条件,步骤一铁片下沉说明F浮1<G,步骤二铁片漂浮说明F浮2=G,所以F浮1<F浮2;步骤二把“碗状”铁片浮在水面上,没有全浸入,这样虽然改变了形状,但没有控制排开液体的体积不变,所以得出结论是不正确的.

A.测物体所受的浮力要利用称重法,即F浮=G﹣F拉,故每次必须要选图①才行;

若要探究浮力大小与物体排开液体的体积的关系,应控制液体的密度相同,而物体排开液体的体积不同,故应选用图①②③或①②④;

若要探究浮力大小与液体密度的关系,应控制物体排开液体的体积相同,而液体的密度不同,故应选用图①④⑤.

B.①第一次铁片下沉,说明F浮1<G,

第二次铁片漂浮,说明F浮2=G,所以F浮1<F浮2;

②本探究实验把铁片弯成“碗状”,改变了形状,虽然都是水,但两次排开液体的体积不同,所以得出结论是不正确的,即:他只关注了铁片形状的改变,忽视了排开水的体积对浮力大小的影响.

1.(2020通辽模拟)某学习小组想测量一块形状不规则的小矿石的密度,他们手边只有以下器材:天平一台,但没有砝码两个质量相近的烧杯量筒(其内径略小于矿石块的尺寸,无法将石块直接放入其中)

细线、滴管和足量的水(已知水的密度为ρ水),该小组利用上述器材设计了如下实验方案,请你帮助他们完善方案.

实验方案(主要实验步骤):

(1)将两个烧杯分别放入天平的两个托盘上,各注入适量的水(保证后面的操作中水均不会从烧杯溢出),使天平平衡.如果在后面的步骤中要将矿石块放到左盘上的烧杯内,则对左盘烧杯的注水量还应有何要求:      .

(2)向量筒中加入适量的水,记下体积V1.

(3)手提细线吊住矿石块,将它浸没在左盘的烧杯中,且不与烧杯接触,用滴管将量筒中的水滴入盘的烧杯中,直到天平平衡.

(4)记下此时量筒中剩余水的体积V2.矿石块所受浮力F浮=   .

(5),再用滴管将量筒中的水滴入右盘的烧杯中,直到天平平衡.

(6)记下量筒中最后剩余水的体积V3.

(7)矿石块的密度ρ=    .

【答案】(1)能够浸没石块;(3)右;(4)ρ水(V1﹣V2)g;(5)松开细线让矿石块沉入杯底;(7).

【解析】(1)将两个烧杯分别放入天平的两个托盘上,各注入适量的水(水能够浸没石块),使天平平衡.

(2)向量筒中加入适量的水,记下体积V1.

(3)手提细线吊住矿石块,将它浸没在左盘的烧杯中,且不与烧杯接触,用滴管将量筒中的水滴入右盘的烧杯中,直到天平平衡.

(4)记下此时量筒中剩余水的体积V2.由题意知,矿石排开水的体积V=V1﹣V2,矿石放在水中,矿石漂浮在水面上,

由阿基米德原理可知,矿石的重力G=F浮=G排=ρ水gV排=ρ水g(V1﹣V2),

由G=mg得,矿石的质量:m=ρ水(V1﹣V2),

(5)松开细线让矿石块沉入杯底,再用滴管将量筒中的水滴入右盘的烧杯中,直到天平平衡.

(6)记下量筒中最后剩余水的体积V3.矿石完全浸没在水中时排开水的体积等于矿石的体积,由题意可知,矿石完全浸没在水中时,矿石排开水的体积为:V排′=V2﹣V3,即矿石体积V=V2﹣V3;

矿石的密度ρ==;

2.(2020山东德州模拟)在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中,小明用弹簧测力计、圆柱体、两个装有适量水和盐水的同样的烧杯,对浸在液体中的圆柱体所受的浮力进行了探究,实验装置和每次实验中弹簧测力计的示数如图所示.请按要求回答下列问题:

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(1)比较图甲、乙可知:乙图中圆柱体受到的浮力的大小为N.

(2)比较图乙、丙,说明浮力的大小与      有关.

(3)通过图乙和戊的探究,不能得到浮力大小与液体密度是否有关,原因是.

(4)通过图中数据可知:圆柱体的密度是    kg/m3(取g=10N/kg).

【答案】(1)0.6;(2)物体排开液体的体积;(3)没有控制排开液体的体积相同;

(4)1.5×103.

【解析】(1)由图甲可知圆柱体的重力,由图乙可知弹簧测力计的示数,根据称重法求出圆柱体受到的浮力;

(2)物体所受浮力的大小与排开液体的体积和液体密度有关,应用控制变量法分析图示实验,根据实验现象分析答题;

(3)探究浮力与液体密度的关系,液体的密度不同,其它量相同;

(4)图丁可知圆柱体浸没时弹簧测力计的示数,根据称重法求出圆柱体受到的浮力,根据阿基米德原理表示出排开水的体积即为圆柱体的体积,根据G=mg和ρ=m/v求圆柱体的密度.

3.(2020河南模拟)实验探究小组的同学在学习了浮力知识后,准备利用所学知识测物质的密度。他们选用了以下器材:弹簧测力计、量筒、小木块、小石块、待测液体、水、小桶、细线、装水的烧杯。

①小刚要测石块的密度,他拟订了以下实验步骤,请你将所缺部分补充完整。

a.将石块用细线拴住,吊在弹簧测力计下,读出弹簧测力计的示数G1。

b.将吊在弹簧测力计下的石块浸没在烧杯中,读出弹簧测力计此时的示数G2。

c.求出石块在水中受到的浮力,F浮=_____。由阿基米德原理,可求出石块的体积V_____。

d.利用公式ρ=m/v,可得石块的密度的表达式ρ=_________。

②小兰在小刚实验的基础上,增加了一步,测出了待测液体的密度。小兰增加的步骤是:___________。待测液体密度的表达式是ρ=_________。

③小莉提出一个问题,怎样测密度比水小的物体的密度(如木块)?实验探究小组的同学经过讨论,提出了好几种方案,请你说出至少一种:____________。

【答案】①c.G1-G2;;d.;

②将吊在弹簧测力计下的石块浸没在烧杯的待测液体中,读出弹簧测力计此时的示数G3。待测液体密度的表达式是;

③用弹簧测力计测出木块的重力G1;在量杯中装入适量的水,记下水的体积V1;将木块放入水中,用钢笔尖将木块压入水中浸没,记下水面所对体积V2

【解析】问题(1):要求物体的密度,需要知道哪些物理量?答:物体的质量和体积。

问题(2):小刚用弹簧测力计测出物体的重力,怎样由重力求物体的质量?

答:G=mg,由此可得:m=G/g。

问题(3):小刚为什么要把石块浸没在水中?答:石块浸没在水中时,石块排开水的体积和石块体积相等。根据F=ρV排g,可以通过浮力间接求出石块的体积。

问题(4):要通过浮力求出石块排开液体的体积,需要知道什么物理量?

答:要知道液体的密度。

问题(5):密度比水小的物体放在水中静止时,受到的浮力和物体重力有何关系?排开水的体积等于物体体积吗?

答:密度比水小的物体放在水中静止时,受到的浮力等于物体的重力。物体漂浮在水面上,一部分露出水面,排开水的体积小于物体体积。

4.(2020河北模拟)现有一形状不规则的木块,小明同学用图甲、乙、丙所示的方法测出了木块的密度,实验步骤如下:

(1)向容器内倒入适量的水,水的体积记作V1

(2)将木块轻轻放入容器中,液面上升至V2;

(3)用细针将木块按压,使        ,液面上升至V3.

请根据实验数据计算出木块密度ρ=      .

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【答案】

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【答案】①大;物体排开液体的体积;②0.3;③丙、丁;④1.2;⑤1.2;⑥等于。

【解析】①由图知,丙中物体排开水的体积更大,弹簧测力计的示数更小,说明受到的浮力更大,且浮力大小与物体排开液体的体积有关;

②由甲图知,物体的重力G=3.6N,由图丁知,弹簧测力计的示数为3.3N,可知物体受到的浮力为:F浮=G﹣F=3.6N﹣3.3N=0.3N;

③图丙丁,物体都是完全浸没,排开液体的体积相同,液体的密度不同,测力计的示数不同,即所受浮力不同,可知浮力的大小与液体的密度有关;

④由图甲知,木块的重力G=1.2N,因为木块漂浮,所以F浮=G=1.2N;

⑤空桶的重力为0.4N,桶和水的总重为1.6N,可知排开水的重力为G排=G总﹣G桶=1.6N﹣0.4N=1.2N;

⑥由④⑤数据可知,浮在水上木块受到的浮力大小等于它排开的水所受的重力。

8.(2020四川广元模拟)在“测量物质的密度”实验中

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(1)用调节好的天平测金属块质量,天平平衡时砝码及游码在标尺上的位置如图甲所示,金属块质量m

为      g。

(2)用细线系住金属块放入装有20mL水的量筒内,水面如图乙,则金属块体积V为    cm3。

(3)计算出金属块密度ρ=    g/cm3。

(4)实验所用细线会对测量结果造成一定误差,导致测密度值     (选填“偏大”或“偏小”)。

(5)在上面实验基础上,利用弹簧测力计和该金属块,只需增加一个操作步骤就能测出图丙烧杯中盐水的密度。增加的步骤是:        。

盐水密度表达式ρ盐水=      (选用所测物理量符号表示)。

【答案】(1)m=20g+5g+2g=27g;

(2)V=30cm3-20cm3=10cm3;

(3)金属块的密度为:2.7g/cm3;

(4)偏小;

(5)用细线系住金属块,将它完全浸没到盐水中,测得弹簧测力计的示数为F;

根据阿基米德原理和浮力得到盐水密度的表达式为:

【解析】(1)根据标尺上的分度值读出游码上的质量;金属块的质量等于砝码的总质量加上游码所对的刻度值;(2)金属块的体积等于量筒内后来的体积数减去原来的体积数;(3)利用密度公式计算金属块的密度;(4)所用的细线会导致测量的体积偏大;(5)利用弹簧测力计称出金属块在盐水中受到的浮力,利用阿基米德原理计算出盐水的密度。

9.(2020山西模拟)探究“影响浮力大小的因素”时,小红做了如图所示的实验。请你根据她的实验探究,回答下列问题:

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(1)比较图B和C可知,物体受到的浮力大小与排开液体的________有关。

(2)比较图C和E可知,物体受到的浮力大小与液体的________有关。

(3)比较图C和________可知,浮力的大小与物体浸没在液体中的深度无关。

(4)图E中物体受到浮力大小为________N。

(5)比较图C和E可知,水对杯底部的压强________(选填“大于”“小于”或“等于”)酒精对杯底部的压强。

【答案】(1)体积 (2)密度 (3)图D(4)0.8(5)大于

【解析】(1)图B中物体排开液体的体积较小,浮力为4.0N-3.5N=0.5N;

图C排开液体的体积较大,受到的浮力为4.0N-3.0N=1.0N;

可知物体受到的浮力大小与排开液体的体积有关。

(2) 图C中物体完全浸没在水中,受到浮力为4.0N-3.0N=1.0N;

图E完全浸没在酒精中,受到的浮力为4.0N-3.2N=0.8N,可知物体受到的浮力大小与液体

的密度有关。

(3) 利用控制变量的方法分析,图C和图D中,物体都是完全浸没在水中,液体的密度相同,深度不同,但受到的浮力不变,可知浮力的大小与物体浸没在液体中的深度无关。

(4) 利用称重法求出图E中物体受到浮力大小为4.0N-3.2N=0.8N。

(5)比较图C和图E可知,液体到容器底部的高度相同,水的密度大于酒精的密度,根据p=ρgh,可知水对杯底部的压强大于酒精对杯底部的压强。

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