初中物理物体的浮沉条件及其应用实验题

为了探究物体的浮沉条件，实验室提供了如下器材：天平、烧杯、金属块、细线、水及其他简单辅助器材．实验步骤如图：（g取10N／kg、ρ_蜡<ρ_水）

（1）金属块的重力为________牛．
（2）金属块浸没在水中时排开水的体积为______厘米³．
（3）用公式F_浮＝ρ_水gV_排计算金属块浸没在水中受到的浮力，大小为_________牛．
（4）比较金属块浸没时浮力和重力大小，可知金属块浸没在水中时会________（填“上浮”、“悬浮”或“下沉”）．
（5）用此方案探究蜡块浮沉条件，需改进之处是                             ．

下面是珠珠同学测量物体密度的实验

（1）请你将测量合金球密度”的实验过程补充完整。

①把天平放在水平台上，游码放在标尺左端的　     　处，再将平衡螺母向左调节可使天平平衡，说明游码刚归零时，指针静止时指在分度盘中线的　   　（填“左”或“右”）侧

②如图甲用天平测出合金球的质量为　     　g。

③珠珠将合金球放入装有40mL水的量筒中，水面上升到图乙所示的位置，由以上数据可知，该合金球的密度为　            　kg/m³。

（2）实验后，珠珠又邀请爽爽一起测量台球的密度（已知ρ_台球＞ρ_水），天平被其他小组借走了，台球又放不进量筒中，于是他们找到如图丙所示盛有水的玻璃容器，并借助保鲜盒、细线和记号笔，设计了如下实验步骤

①将空保鲜盒放在容器中，使其竖直漂浮在水面上，标记出水面的位置；

②将台球放入保鲜盒中，使其竖直漂浮在水面上，标记出水面的位置；

③用细线拴住台球，将台球浸没在水中（保鲜盒仍然漂浮），标记出水面的位置；图中A、B、C是爽爽标记的水面位置，其中　    　点是步骤②的标记点；

④将保鲜盒和台球取出，向玻璃容器中加水至标记点C；

⑤打开阀门向量筒中放水，待水面下降到B点时，读出量筒中水的体积V₁，继续向这个量筒中放水，待水面下降到A点时，再次读出量筒中水的体积V₂；

⑥台球的密度ρ_台球＝         　（用字母表示，已知水的密度为ρ_水）。

某实验小组探究物体的浮沉条件时，实验室提供了如下器材：弹簧测力计、量筒、烧杯、铜块、蜡块、细线、水及其他简单辅助器材．

（1）探究铜块的下沉条件．实验中，他们用两种方法测量了铜块受到的浮力：
方法1：测量过程及示数如图（甲）所示，可得铜块所受的浮力为　_________　N．
方法2：测量过程及示数如图（乙）所示，可得铜块排开水的体积为　_________　mL．
通过以上实验可得出铜块浸没在水中下沉的条件是：　_________　．
（2）探究蜡块上浮的条件．要测量蜡块浸没时的浮力，应选用　_________　（选填“方法1”或方法2“）．

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　　 $\mathit{kg}/m^3$。

小明和小华利用如下器材探究物体的浮沉条件：

（1）探究石块下沉的条件
①测量石块的重力
用弹簧测力计测出石块的重力
②测量石块受到的浮力
方法一：小明利用量筒测出石块浸没水中排开水的体积，他可用公式          求得浮力；
方法二：小华采用另一方法也测出了石块受到的浮力，其方法是                   ；
③通过比较石块的重力和石块受到的浮力，可知物体下沉的条件。
（2） 探究蜡块上浮的条件
①测量蜡块的重力
小明的方案：用弹簧测力计测出蜡块的重力。
小华的方案：用天平测出蜡块的质量，求出重力。
你支持          的方案，理由是                                         。
②测量蜡块受到的浮力
小明在量筒中放入适量的水，把蜡块放入水中，待静止时测出蜡块排开水的体积，求得浮力。 你认为上述操作中存在的问题是                                         ，正确的方法是                                                   。

善于奇思妙想的小强及其兴趣小组在实验室（温度为20℃）进行综合实验。

（1）该小组想研究"密度计的工作原理"。图甲所示是密度计的简化模型，在一根粗细均匀的玻璃管内放一些小铅粒使其能竖直漂浮在液体中，设玻璃管浸入液体的深度为h _液，该液体密度为ρ _液，密度计漂浮在水中时浸入水中的深度为h _水，水的密度为ρ _水，则浸入液体的深度h _液＝ 　　    （用给出的物理量表示），由此可知，此密度计漂浮在煤油（密度为0.8×10 ³kg/m ³）中时浸入深度h _煤油＝ 　     　h _水（填数值），密度计刻度特点是 　     　（选填选项前序号①上小下大 ②上大下小   ③均匀   ④上疏下密   ⑤上密下疏）。

（2）该小组想继续探究"某液体的密度和温度的关系"，设计了如图乙所示装置，长为0.6m的绝缘轻质杠杆ab悬挂在高处，可绕O点转动。杠杆a端的轻质细线悬挂一体积为1×10 ^{﹣ 3}m ³的实心合金块，浸没在烧杯内的液体中。b端轻质细线悬挂的铜柱在上下移动时能带动滑片P移动。滑片P重力和摩擦不计。

①若电源电压为3V，滑动变阻器标有"100Ω 1A"字样。在电路中串联一个量程为0～15mA的电流表，为保证电路安全，定值电阻R的最小阻值是 　      　Ω。

②小强在给该液体加热过程中发现，电流表示数减小，则可得出该液体的密度随温度升高而 　     　（选填"增大"、"减小"或"不变"）（除烧杯内的液体外，装置中其他物体的热胀冷缩忽略不计，合金块始终浸没）。

（3）该小组还想利用此装置继续测量该合金块的密度。已知该烧杯中液体在温度为20℃时的密度为1.1×10 ³kg/m ³．杠杆水平平衡时，铜柱质量为2kg，点O距杠杆b端0.2m。则合金块的密度是 　        　kg/m ³．（g取10N/kg）

如图所示，新鲜的鸡蛋放在水中会下沉。如果向水中加盐并轻轻搅拌，鸡蛋会       ，这一现象说明：                                 。

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” $)$。

阅读短文，回答文后问题
孔明灯
我国汉代曾发明过一种用做军事信号的“孔明灯”，它其实就是一种灯笼．先用很轻的竹篾扎成框架，再用纸糊严，并在下面留口．在灯笼的下面固定一个小碟，在碟内放入燃料．点燃后，当灯笼内的空气被加热到一定温度时，灯笼就能腾空而起．灯笼受到的空气浮力可以用阿基米德原理计算，即F_浮=ρ_空气gV （本题g取10N/kg）．温度为20℃时，空气密度为1.2kg/m³，下表给出了一些空气密度和温度的对应关系．

温度/℃	90	100	110	120	130
密度/kg·m^-3	0.97	0.94	0.91	0.88	0.85

（1）为了更容易起飞，孔明灯所用燃料选择的主要依据是（   ）
A．质量      B．密度     C．热值      D．比热容
（2）根据表格中的数据，在坐标图中作出空气密度和温度关系的图像．

（3）如图a所示的孔明灯体积大约为0.02m³，环境气温为20℃，则孔明灯受到的空气浮力为    N．
（4）上题中孔明灯制作材料和燃料总质量为6g，灯内空气的温度要达到    ℃，孔明灯才能起飞（忽略燃料质量的变化）．

实验室常用盐水来做浮力实验，小明学习了浮力实验后，利用密度测量的知识在家里设计了一个测定盐水密度的实验。

所用器材用：一个边长为a的正方体小塑料块，两个菜碗，一把刻度尺，水和盐水。

小明拟定的实验步骤如下：

A．往一只菜碗中加入适量的水，让正方体小塑料块漂浮在水面上，在小塑料块的水面位置处做上标记；

B．取出正方体小塑料块，用刻度尺在小塑料块上量出其浸没在水中的深度h；

C．往另一只菜碗中加入适量的盐水，让正方体小塑料块漂浮在液面上，在小塑料块的液面位置处做上标记；

D．取出正方体小塑料块，用刻度尺在小塑料边上量出其浸没在盐水中的深度l，已知水的密度为ρ，则：

（1）正方体小塑料块漂浮在水平面上时所受浮力大小为　，由此可以求出小塑料块的质量m＝　　；

（2）正方体小塑料块所受水的浮力F₁　 　所受盐水的浮力F₂（选填“大于”、“等于”或“小于”）；

（3）求出盐水的密度ρ′＝　　。

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 $\dots$

小王同学到宜宾翠屏山玩耍时，在去哪吒洞的路上捡到一个形状奇特且不溶于水的物体，他想知道这个不明物体是由什么材料构成，于是在实验室进行了如下操作：

参考密度表
物质	密度 $(\mathit{kg}/m^3)$
大理石	$(2.6-2.8)\times {10}^3$
石膏	$(1.6-1.9)\times {10}^3$
硬塑料	$(1.2-1.6)\times {10}^3$
铝合金	$4.0\times {10}^3$

（1）已知空玻璃杯的质量为 $53.8g$

（2）将该物体放入装有适量水的透明玻璃杯中，发现物体下沉至杯底，如图（甲 $)$，说明该物体的密度　　水的密度，物体对杯底的压力　　其重力（以上两空均选填“大于”、“等于”或“小于” $)$；

（3）往杯中逐渐加入食盐并搅拌，直至观察到物体悬浮如图（乙 $)$；

（4）取出物体，用调好的天平测玻璃杯和盐水的总质量，如图（丙 $)$总质量为　　 $g$；

（5）将玻璃杯中的盐水全部倒入量筒，如图（丁 $)$体积为　　 $\mathit{mL}$；

（6）通过以上实验，可以得到物体的密度为　　 $\mathit{kg}/m^3$，这个物体是由　　构成的。

已知水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，某兴趣小组用一薄壁量杯（杯壁体积忽略不计）制作了一个测量液体密度的简易装置，操作如下：

（1）在量杯内装入适量细沙后放入水中，量杯在水中竖直静止时，如图甲所示。此时量杯浸入水中的体积为　       　 $\mathit{mL}$；

（2）将该装置放入某液体中，静止时如图乙所示，则该液体的密度为　     　 $\mathit{kg}/m^3$；某同学将一小石子放入量杯，静止时如图丙所示，则小石子质量是　      　 $g$。

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

（密度计法测液体密度）如图，小明自制土密度计并测定盐水的密度．
实验器材：刻度尺、圆柱形竹筷、细铅丝、烧杯、水、待测盐水．
实验步骤：
①在竹筷的一端缠上适量细铅丝，制成土密度计．
②用刻度尺测出竹筷的长度L．
③把土密度计放入盛水的烧杯中，静止后用刻度尺测出液面上竹筷的长度h₁（如图所示）．
④________________________________________________________________________．
请将上面实验步骤补充完整并回答下列问题：（ρ_水＝1.0g／cm³）
（1）竹筷一端缠上铅丝，是为了________________________________________．
（2）密度计是利用________条件工作的．被测液体的密度越大，密度计排开液体的体积________（选填“越小”或“越大”）．
（3）被测盐水的密度表达式：ρ_盐水＝________．（不计铅丝体积）
（4）小明计算得出盐水的密度为1.05g／cm³，已知烧杯中盐水的体积为400cm³，盐的密度为2.6g／cm³，则盐水中含盐________g．（盐放入水中溶解后，盐和水的总体积不变）