初中物理物体的浮沉条件及其应用实验题

魔芋因其具有较高的医学价值和食用价值而被广泛种植，为了选择较好的块茎作为种子，常采用盐水选种的方法来选择饱满的小磨芋种植。以此为背景，某物理兴趣小组作了相关的实验探究：
通过往水中加盐，使磨芋漂浮在水面上。几天后他们惊奇地发现原来浮在水面的磨芋又都沉在容器底部，对此现象，他们提出了以下几种猜想：
猜想1：可能由于水的蒸发，盐水的密度变大，导致磨芋下沉；
猜想2：可能是磨芋在盐水中浸泡几天后质量变大，导致磨芋下沉；
猜想3：可能是磨芋在盐水中浸泡几天后体积变小，导致磨芋下沉；
经过一番讨论，他们马上否定了猜想1，你认为他们否定的理由是____________。
接着他们就猜想2和猜想3进行了如下的实验操作：
（1）取三块磨芋，编上A、B、C号，分别测出其质量和体积；
（2）配制一大杯盐水；
（3）将三块磨芋放在盐水中，使其漂浮，几天后发现磨芋都沉在容器底部，将其捞出、擦干，分别测出其质量和体积。
实验数据如下表：

磨芋的编号	质量/g	体积/cm^3
	放入盐水前	在盐水中下沉后	放入盐水前	在盐水中下沉后
A	44.8	39.2	40	33
B	56.1	48.8	50	41
C	77.3	67.9	69	57

请分析上述实验数据后回答：猜想2是__________（选填：“正确”或“错误”）的；你认为导致磨芋下沉的原因是______________________________。

一空心铜球重4.9牛，体积为500厘米³，把它放入水中后，它是上浮、悬浮还是下沉？如浸入密度为1.2×10³千克／米³的盐水中，球静止后受到的浮力是多大？

某研究性学习小组的同学将不同的实心物体浸没在水中后放手，发现有的物体上升到水面，有的物体下沉到容器底部，有的静止在水中不动，为了研究实心物体质量和体积对此现象的影响，他们用水做实验，记录实验数据如下表：

实验序号	物块	质量m/g	积体V/cm3	现象
1	A	7．5	30	上升到水面
2	B	25	50	上升到水面
3	C	24	24	静止在水中
4	D	21	12	下降到底部
5	E	100	40	下降到底部

（1）李明同学分析比较实验序号1与4和2与5的数据现象，得出结论：在液体中，物体的上升和下降跟它的体积无关，跟它质量有关，且质量小的物体上升，质量大的物体下降。刘华同学分析比较实验序号1与4和2与5的数据及现象，得出结论：在液体中，物体的上升和下降跟它的质量无关，跟它的体积有关，且体积大的物体上升，体积小的物体下降。
请辨断：李明的结论是     的，刘华的结论是     的。（填“正确”、“错误”）（2）进一步综合分析表中的数据及现象，并归纳得出结论：
当                    时，液体中的物体上升；
当                    时，液体中的物体悬浮在液体中；
当                    时，液体中的物体下沉。
（3）由此我们可知，潜艇是在排水体积          ，浮力        （选填“变大”“不变”“变小”），通过水舱             （选填“注水”或“排水”）从而实现下潜的。

学习浮力的应用时，老师让同学们“观察密度计（如图）的结构特点，并练习使用密度计测量液体的密度”。小明经过观察发现：

（1）密度计的外型是一根两端封闭、上端有刻度部分粗细均匀的玻璃管。管的底部封存少许铅粒，这样做目的是          　   。
（2）密度计另一个特点，刻度由上至下数值逐渐     　   。
小明对上述现象做了下列解释：
（３）漂浮在液体中的密度计，受力特点是            。密度计所受的重力不变，浮力也不变。密度计漂浮在密度大的液体中，排开液体体积     。
（4）学了液体密度计的使用后，老师又向同学们提出一个问题：给一杯水、一些盐、一颗绿豆，请同学们设计实验测出这颗绿豆的密度。请你写出实验的思路。

小东把小木块和一大块橡皮泥放到水槽里。看到木块漂浮在水面上，而橡皮泥沉入水中。于是得出结论：物体的浮沉与质量有关，质量大的物体在液体中下沉。请用上述物品设计一个实验，证明小东的结论不正确。

图所示，当物体浸没在水中时，受到的浮力为　　　N；如果直接将该物体投入水中，该物体将　　　　（填上浮、悬浮或下沉）；从图乙、丙可以看出浮力的大小与液体的　　　　有关。

如图所示，物体浸没在水中时，所受到的浮力为_________N；如果直接将该物体投入水中，该物体将_____（填“上浮”、“悬浮”或“下沉”）；从图可以看出浮力的大小与液体的_ ___有关。

在学习了浮力的有关知识后，甲、乙两同学“物体的上浮或下沉与哪些因素有关”进行了探究．他们各自将一根新鲜萝卜浸没在水中，松手后，发现萝卜上浮直至漂浮在水面上（如图 a所示）．为了使漂浮的萝卜沉下去，两同学分别进行了实验：

甲：将一根铁钉全部插入萝卜中（如图 b所示），将萝卜浸没水中松手，发现萝卜沉入水底．
乙：也用同样的铁钉，但只将其一半插入萝卜中(如图17 c所示)，将萝卜浸没水中松手，发现萝卜也沉入水底．
请回答下列问题：
（1）从物体受力的角度看，他们在萝卜中插入铁钉是为了改变_______的大小．
（2）结合两位同学的实验目的、过程及现象，可以得出的结论是：______________________________________________
（3）虽然两同学的实验结果基本一致，但老师认为甲同学的方法更科学．你认为老师这样评价的主要理由是：___________________________________

某同学在学习浮力时感到物体上浮和下沉是受浮力大小影响的，因此他得出结论“受浮力大的物体在液体中会上浮，受浮力小的物体在液体中会下沉。”请你选取身边的器材或物品证明他的观点是错误的。

小梅在学习了浮力知识后，她将圆柱形容器放入一个大水槽中使其漂浮在液面上。向容器中缓慢加水，容器始终漂浮，测出容器所受浮力和向容器中加水的深度并记录如下表。请根据表中数据归纳出F_浮与h的关系F_浮=                      。

h/cm	1	2	3	4	5	6
F浮/N	10	12	14	16	18	20

 

如图是生活中常用的小茶杯，请你在下列器材中选择合理的器材，利用浮力等相关知识设计一个测量小茶杯密度的实验。

备选器材：若干个量筒、溢水杯和烧杯，记号笔、足量水（小茶杯可以放入溢水杯、烧杯，但放不进量筒）

要求：

（1）简述实验步骤（如需将小茶杯放入水中，请明确表述小茶杯放入水中的具体操作）：用符号表示有关的物理量。

（2）利用测出的物理量写出小茶杯密度的表达式。（水的密度用 ${\rho }_{水}$表示）

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　　 $\mathit{kg}/m^3$。

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” $)$。

为何漂浮在水面上的竹筷一般都是横躺着而不是竖直的？这一现象引起了小科的思考。

【思考】漂浮在水面上的竹筷只受到重力和浮力的作用，因为它们是一对　　力，所以竹筷应该能够竖直地静止在水面上，但事实并不如此。

【实验】小科以内含金属块的中空细塑料管模拟竹筷进行实验探究。如图所示，把一个质量适当的金属块，固定在一根底端封闭的中空细塑料管内的不同位置后，分别轻轻地竖直放在水和浓盐水中，观察它是否始终保持竖直。观察到的实验现象如表：

	$a$	$b$	$c$	$d$
水	不能	不能	能	能
浓盐水	不能	不能	不能	能

【分析】（1）把金属块和塑料管视为一个物体，金属块位置的改变，会改变物体的　　位置。相同条件下，这一位置越低，细管在液体中能竖直漂浮的可能性越大。

（2）分析金属块固定在 $c$点时，细管放入水和浓盐水中时的实验现象可知，相同条件下，浮力作用点的位置相对细管底端越　　（填“高”或“低” $)$，细管在液体中能竖直漂浮的可能性越大。

其实，上述实验现象还需要用杠杆、能的转化等知识来解释，有待于继续研究 $\dots$