初中物理压强和浮力实验题

2020年11月10日，"奋斗者"号在马里亚纳海沟成功坐底，创造了 的中国载人深潜新纪录，标志着我国在载人深潜领域达到世界领先水平。这激发了小杨同学探究液体内部压强的兴趣，实验如图所示。

（1）图甲是 形管压强计，金属盒上的橡皮膜应该选用 　　（选填"薄"或"厚" 一些的较好，从结构来看，压强计 　　（选填"是"或"不是" 连通器。

（2）比较乙、丙两次实验可知：同种液体内部压强随深度的增加而 　　；比较乙、丁两次实验可初步判断：液体内部压强与液体密度 　　（选填"有关"或"无关" 。

（3）根据液体内部压强的规律可知，"奋斗者"号深潜到 时每平方米的舱体受到的海水压力为 　　 （取 ，相当于质量为 　　 的物体受到的重力。

（4）若图丁的实验中 形管左右两侧水面的高度差为 ，则橡皮管内气体的压强与管外大气压之差为 　　 ；在图乙的实验中，保持金属盒位置不变，在容器中加入适量清水与其均匀混合后（液体不溢出），橡皮膜受到的液体压强将 　　（选填"变大""变小"或"无法判断" 。

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

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" $\ne$ " $)$ 。

如图所示，用微小压强计探究液体内部压强的特点。甲、乙、丙三个烧杯中盛有不同密度的盐水，甲图中盐水的密度与丁图相同。探头在液体中的深度甲与乙相同，丙与丁相同。

（1）为使实验现象更明显，压强计 形管中的液体最好用 　　（选填"水"或"水银" ；

（2）要探究液体压强与深度的关系，应选 　　两图；

（3）四个烧杯中，盐水密度最大的是 　　图。

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 　　 $\mathit{kg}/m^3$ 。

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）

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

某物理兴趣小组在"探究浮力的大小与哪些因素有关"时，做了如图甲所示实验，图中底面积为50cm ²的圆柱形容器放在水平桌面上，容器内盛有适量的水，底面积为25cm ²的实心圆柱形物体A用轻质细线悬挂在弹簧测力计下端。图乙为物体A缓慢下移过程中，弹簧测力计示数F与物体A下表面浸入深度h的关系图象。（实验过程中容器内水足够深且不会溢出，物体A不会接触到容器底部，ρ _水＝1.0×10 ³kg/m ³，g＝10N/kg）

（1）图甲中弹簧测力计示数F为 　     　N；

（2）物体A位于h＝10cm时，向水里加入适量的食盐并搅拌，稳定后发现弹簧测力计的示数F变小，说明浮力的大小与液体的密度 　     　（选填"有关"或"无关"）；

（3）利用图乙数据，可求出物体A的密度为 　     　kg/m ³；

（4）h从0增到10cm时，水对容器底部的压强增大了 　     　Pa。

在"探究影响浮力大小的因素"实验中，同学们根据生活经验，提出了浮力大小可能与下列因素有关的猜想：

①与物体浸入液体中的深度有关；②与物体排开液体的体积有关；③与液体的密度有关。

（1）请你写出能够支持猜想③的一个生活现象： 　              　。

（2）进行探究时，实验步骤和弹簧测力计的示数如图所示。其中序号b中物体P所受浮力大小为 　              　N。

（3）分析a、c、d三次实验，可知浮力大小与物体浸没在液体中的深度 　              　（选填"有关"或"无关"）；分析 　              　三次实验，可知浮力大小与物体排开液体的体积有关；分析a、d、e三次实验，可知在物体排开液体的体积一定时，液体密度越大，物体受到的浮力 　              　（选填"越大"或"越小"）。

（4）本实验不仅可以探究影响浮力大小的因素，从实验数据还可求出物体P的密度为 　              　kg/m ³。（已知ρ _水＝1.0×10 ³kg/m ³，g取10N/kg）

如图所示是某物理兴趣小组验证“阿基米德原理”的实验操作过程示意图。

（1）验证阿基米德原理实验的合理顺序是 　                　。（填字母代号）

（2）金属块浸入溢杯前，溢杯里水面高度应 　                　。

（3）金属块浸没在水中时，受到的浮力是 　                　N。

（4）金属块的密度为 　                　kg/m³。（g取10N/kg，ρ_水＝1.0×10³kg/m³）

（5）比较 　                　（填字母代号）和 　                　（填字母代号）的操作可得出结论：浸入液体中的物体所受的浮力大小等于物体排开液体所受重力的大小。

学完大气压之后，老师布置了用带挂钩的塑料吸盘估测大气压的大小的实验，如图甲所示。小刚实验小组现有带挂钩的塑料吸盘、量程为 $5N$的弹簧测力计、玻璃板。

（1）他们设计了如下实验步骤：

$A.$记录弹簧测力计的示数为 $F$，这就是大气对吸盘的压力

$B.$小刚将蘸水的塑料挂衣钩的吸盘放在光滑玻璃板上，用力挤压吸盘

$C.$用弹簧测力计钩着挂钩缓慢向上拉，直至吸盘刚要离开玻璃板

$D.$测量吸盘与玻璃板接触面的直径 $d$，计算吸盘与玻璃板的接触面积 $S=1.0\times {10}^{-4}{m}^2$

$E.$根据 $P=\frac{F}{S}$，计算出大气压的大小 $P$

你认为合理的实验步骤顺序应该是 　　（选填“①”或“②” $)$；

①： $\mathit{DBACE}$

②： $\mathit{BDCAE}$

（2）排好序后进行实验，弹簧测力计拉至最大读数。吸盘仍未脱离玻璃板。若大气压按照约为 $1\times {10}^5\mathit{Pa}$计算，弹簧测力计量程至少要大于 　　 $N$；

（3）因为没有多余的大量程弹簧测力计，小刚运用其它器材结合所学物理知识设计了如图乙所示方案测量，保持轻杆水平，在吸盘刚要离开玻璃板时，弹簧测力计读数是 　　 $N$，可计算出大气压值为 　　 $\mathit{Pa}$；

（4）他们发现实验结果明显比真实气压值小，其中的原因可能是 　　。（答1条即可）

小华按图示的步骤进行探究浮力的实验：

①在弹簧测力计下悬挂一个金属球，如图甲所示，弹簧测力计的示数为2.6N；

②将金属球浸没在水中，弹簧测力计的示数如图乙所示；

③将金属球从水中取出并擦干水分，再将它浸没在另一种液体中，弹簧测力计示数如图丙所示。

由实验可知，金属球浸没在水中时受到的浮力大小为 　　N，图丙中液体的密度 　　（选填“大于”、“等于”或“小于”）水的密度。

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。