初中物理探究影响浮力大小因素的实验解答题

综合实验（可以配图说明） $:$

要探究“物体所受的浮力与物体密度的关系”，请完成实验设计方案。

器材	弹簧测力计、体积相同的铝块、铁块和铜块、盛有水的水槽，细线。
实验步骤	分析数据，得出结论	数据记录表格

结论：　　。

（1）如图甲，向放在水平桌面的两个乒乓球中间打气，会看到两个乒乓球　 　（选填“分开”或“靠近” $)$；

（2）如图乙、丙、丁是探究浮力大小与哪些因素有关的实验装置，浸没在液体中的物体都相同。若选　　两个装置，可以探究浮力大小是否与物体所处深度有关。

同学们用空塑料瓶和细沙等实验器材探究影响浮力大小因素， $(g$取 $10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$

（1）为了测出塑料瓶的体积，进行如下操作，

①把天平放在水平桌面上，调节天平平衡，在左盘中放入盛有适量水的烧杯，通过增减砝码和移动游码使天平再次平衡，所加砝码和游码的位置如图甲所示，烧杯和水的总质量为　　 $g$。

②在空塑料瓶中装入适量细沙，拧紧瓶盖，在瓶颈系一细绳，手拿细绳将塑料瓶完全浸没于烧杯的水中（瓶没有接触烧杯，水未溢出），通过增减砝码和移动游码使天平再次获得平衡，所用砝码总质量和游码所示质量之和为 $167g$，塑料瓶的体积是　　 $c{m}^3$。

（2）同学们根据生活经验提出了如下三种猜想，并举出了相应的实例

猜想一，浮力的大小与物体的密度有关，实例：铁块可以在水中下沉，木头可以浮在水面上

猜想二，浮力的大小与液体的密度有关，实例：鸡蛋可以在水中下沉，在盐水中可以浮起来

猜想三，浮力的大小与浸入液体的深度有关，实例：在游泳池里，人越往下蹲感觉到水向上托自己的力越大

为了验证以上猜想是否正确，同学们选择了装入细沙的塑料瓶和其他实验器材进行探究，实验过程如图乙所示。

①根据实验步骤 $d$和　　（填序号），可以确定猜想二是正确的；

②根据实验步骤 $c$和 $d$可以验证猜想三是　　（选填“正确”或“错误” $)$；对该猜想对应的实例，合理的解释是　　。

③要验证猜想一是否正确，可以在塑料瓶中　　后再进行探究。

④同学们讨论认为，猜想一和猜想二中的实例反应了物体的浮与沉可能与密度有关，要选用一个能漂浮在图 $e$中盐水上的物体时，物体的密度应小于　　 $g/c{m}^3$（计算结果保留1位小数）。

小明在研究物体的浮沉时，发现铁块放入水中下沉，塑料块浸没在水中后上浮。为进 一步探究物体的浮沉条件，他找来了下列器材：弹簧测力计、一杯水、细线、铁块 $A$、塑料块 $B$和塑料块 $C(B$ 与 $A$体积相同， $C$与 $A$质量相同）。

（1）他按图甲和乙进行了实验，测出铁块受到的浮力大小为　　，并与重力比较，由此得出了物体下沉的条件。

（2）实验时，他无意中发现增大铁块浸没在水中的深度，某一时刻测力计的示数会突然变 小，示数变小的原因是：　　。

（3）为探究物体上浮的条件，他选择了合适的塑料块，利用现有器材在题中（1）实验的基础上，增加一个实验步骤就完成了探究。

①选择的塑料块是　　 $(B/C)$。

②增加的步骤是　　（用字母表示测得的物理量）。

③当满足　　（用测得的物理量表示）条件时，物体上浮。

在“探究浮力大小与哪些因素有关”实验中；

（1）如图甲所示，依次将物体缓缓浸入水中。

①从位置2→3的过程中，物体受到的重力　 　，受到的浮力　   　。（均选填“变大”、“变小”或“不变”）

②从位置3→4的过程中，物体受到的浮力不变，说明物体受到的浮力与浸没的深度

　   　（选填“有关”或“无关”）。

③图乙中的　   　（选填“a”或“b”）能反映测力计示数在甲图实验过程中的变化。

④实验中用手提着测力计，可能会使测力计示数不稳定，你的改进建议是　                                      　。

（2）课本中提到，物体在空气中也会受到浮力作用，因此小禹设计了一个测量空气浮力大小的实验；

①排尽一个大气球内部的空气，测出气球的重力G_球；

②将适量的氢气充入气球，用细线扎紧封口，按图丙所示测出拉力的大小F_拉；

③根据F_浮＝F_拉+G_球，求出气球所受浮力大小（细线重力和摩擦忽略不计）。小禹的实验方案中，计算浮力的方法有误，错误是　                 　。

小明用如图所示的装置探究“影响浮力大小的因素”，（已知 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，取 $g=10N/\mathit{kg})$

（1）小明利用图1甲所示的实验装置，将圆柱体合金块慢慢浸入水中时，根据测得的实验数据，作出了弹簧测力计示数 $F_{示}$与合金块下表面所处深度 $h$的关系图象（如图2中①所示）。实验过程中合金块所受浮力的变化情况是　      。请在图2中画出 $F_{浮}$随 $h$变化的关系图象，分析图象可知，浸在水中的物体所受浮力的大小跟它排开水的体积成　　。

（2）将合金块分别浸没在水和某液体中（如图1乙、丙所示），比较图1甲、乙、丙可知：　　。

（3）合金块的密度为 ${\rho }_{\mathit{合金}}=$　　 $g/c{m}^3$。

（4）若用此合金块制成一空心合金球，当合金球恰好能悬浮于图1丙所示液体中时，空心部分的体积是　　 $c{m}^3$。

在“探究影响浮力大小因素”的实验中，一组同学提出了4种猜想。

小华：浮力大小与液体密度有关；

小红：浮力大小与物体浸入液体的体积有关；

冬冬：浮力大小与物体所受的重力有关；

玲玲：浮力大小与物体的形状有关。

他们找来了体积相同的 $A$、 $B$两块实心金属块、弹簧测力计、一杯水、一杯盐水、细绳等仪器。按照图中所示规范地完成了实验，记录了如表所示的实验数据。

次数	金属块	物体重力 $/N$	液体密度 $g/c{m}^3$	物体浸在液体中的体积 $/c{m}^3$	测力计的 示数 $/N$
1	$A$	5	1.0	20	4.8
2	$A$	5	1.0	60	4.4
3	$A$	5	1.0	100	4.0
4	$A$	5	1.2	100	△
5	$B$	3	1.2	100	1.8

观察表中数据，回答下列问题：

（1）根据表格中实验数据，可知 $A$物体浸在液体中的体积为 $60c{m}^3$时，物体 $A$所受浮力大小为　　 $N$；表格中标有“△”的位置的数据应该是　　；

（2）通过分析比较第　　次实验数据，能够说明小华同学的猜想是正确的；分析比较第　　次实验数据，能够说明小红同学的猜想是正确的；

（3）为了验证冬冬同学的猜想，他们选择了第　　次实验数据，他们发现浮力大小与物体所受的重力　　（选填“无关”或“有关” $)$；

（4）要验证玲玲的猜想，同学们又找来了一块橡皮泥，他们把橡皮泥捏成不同形状，先后放入水中，发现有的漂浮在水面上，有的下沉。他们由此得出结论：浮力的大小与物体的形状有关。请指出他们实验方法的错误之处：　　。

如图所示，是同学们在“探究同一物体所受的浮力大小与哪些因素有关”的实验过程图。图甲、乙、丙容器中装的液体是水，图丁容器中装的液体是酒精， $F_1$、 $F_2$、 $F_3$、 $F_4$分别是图甲、乙、丙、丁中弹簧测力计的示数。请回答以下问题：

（1）图甲中，弹簧测力计的示数 $F_1=$　 　 $N$。

（2）物体完全浸没在水中时所受的浮力为　　 $N$。

（3）分析图中乙、丙两图实验数据可得：物体所受的浮力大小与　　有关；分析图中　　两图实验数据可得：物体所受的浮力大小与液体密度有关。

（4）实验中采用的探究方法在研究物理问题时经常用到，称为　　法。

在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中，提出如下猜想

猜想1：浮力的大小可能与液体的密度有关

猜想2：浮力的大小可能与物体的重力有关

猜想3：浮力的大小可能与物体的形状有关

猜想4：浮力的大小可能与排开液体的体积有关

（1）如图1所示，用手把饮料罐按入水中，饮料料罐浸入水中越深，手会感到越吃力。这个事实可以支持以上猜想　 　（选填序号）

（2）为了研究猜想1和猜想2，运用了体积相同的 $A$、 $B$、 $C$三个圆柱体，测得重力分别为 $4N$， $4.5N$和 $5N$．然后进行如图2所示的实验。

①在序号 $a$的实验中物所受的浮力为　　 $N$。

②比较序号　　，　　， $e$的三次实验，可得出初步结论：浮力大小与液体密度有关。

③进一步分析可知：液体的密度越大，物体所变的浮力越　　；

④比较序号 $a$、 $b$、 $c$的三次实验，可得出结论：浮力的大小与物体的重力　　关。

（3）为了研究猜想3，小明用两块相同的橡皮泥分别捏成圆锥体和圆柱体进行如图3所示的实验、由此小明得出的结论是：浮力的大小与物体的形状有关，小珍认为这结论不可靠，主要原因是　　。

在"验证阿基米德原理"实验中，需要验证浸在液体中的物体受到的 　　与它排开液体受到的 　　大小是否相等，实验还需要 　　的固体和液体进行多次验证（选填"相同"或"不同" $)$

浸在液体中的物体所受浮力为 $F$ ，物体排开液体的体积为 $V$ ，小明认为：任何情况下， $F$ 都与 $V$ 成正比。请自选器材，设计实验证明小明的观点是错误的。

在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中，实验过程如图所示，其中弹簧测力计示数的大小关系是： $F_1>F_2>F_3$， $F_3<F_4$，水的密度用 ${\rho }_{水}$表示。

（1）比较　　两图可知，浮力的大小跟物体排开液体的体积有关。

（2）比较丙、丁两图可知，浮力的大小跟　　有关。

（3）分析甲、丙两图可得，物体浸没在水中时受到的浮力 $F_{浮}=$　　，物体的密度 ${\rho }_{物}=$　　。

（4）深入分析丙、丁两图，比较水对烧杯底的压强 $p_{水}$和某液体对烧杯底的压强 $p_{液}$的大小关系，则 $p_{水}$　　 $p_{液}$。