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物理實驗之探究影響浮力大小的因素

Category: 國際課程, 留學考試 Date: 2019年8月27日上午10:21

《采蓮曲》

【作者】王昌齡【朝代】唐

荷葉羅裙一色裁，芙蓉向臉兩邊開。

亂入池中看不見，聞歌始覺有人來。

《采蓮曲》是唐代詩人王昌齡創作的七言絕句組詩作品。這首詩以寫意法，表現采蓮女子的整體印象，詩人將采蓮少女置于荷花叢中，若隱若現，若有若無，使少女與大自然融為一體，使全詩別具一種引人遐想的優美意境。
詩中“荷葉、芙蓉”等水生植物都能夠浮在水面，這是由于它們受到水的浮力作用，那么浮力與哪些因素有關呢？今天我們一起來學習初中物理實驗第9期《探究影響浮力大小的因素》，先來看一段視頻：

浮力

課標綜述

浮力這一部分為中考常考考點，主要考查浮力大小的影響因素、物體的沉浮條件及其應用和浮力的簡單計算等知識，有關浮力的探究題目，出現的頻率有上升的趨勢，大多從控制變量法的角度出發，考查同學們解析的過程和方法。沉浮條件的因公多以填空題、選擇題的形式出現，分值較少，但常常出現。《義務教育物理課程標準2011版》對浮力的要求如下：

⑴課標內容：2.2.9 通過實驗，認識浮力；探究浮力大小與哪些因素有關；知道阿基米德原理，運用物體的浮沉條件說明生產、生活中的一些現象。

⑵課標示例：了解潛水艇浮沉的原理。

學生實驗：探究影響浮力大小的因素

內容導入：浮力浮力：浸在液體或氣體中的物體，受到液體或氣體向上的托力，這個力叫做浮力。漂浮在水面的物體受到浮力，浸沒在水中的物體也受到浮力。注意：

①”浸在”的理解：部分浸入或完全浸沒。

②施力物體：液體或氣體。

③浮力的方向：豎直向上物體在液體中可以受到浮力作用，那么浮力的大小跟哪些因素有關呢？下面我們具體探究一下：

實驗目的

通過實驗，探究影響浮力大小的因素，并得到阿基米德原理。

實驗猜想

浮力是液體對浸在其中的物體向上的托力。對于給定的物體而言，它的形狀、大小、質量、密度等是一定的。那么，它在液體中受到的浮力可能與哪些因素有關呢？可以圍繞這幾個方面思考：

①浸入體積：它可以部分浸在液體中，也可以全部在液體中，即浸入液體中的體積；

②浸入深度：它可以處在液體的不同深度；

③液體種類：它可以浸在密度不同的液體中。

實驗過程

選擇一個能沉入水中的物體（如一個圓柱體）進行實驗。利用彈簧測力計可以觀察浮力的變化，也可以測出浮力的大小。根據下面視頻中的實驗可知：
探究影響浮力大小的因素
⑴浸入深度：物體完全浸沒在同一種液體時，所受浮力的大小與物體的浸入深度沒有關系。 ⑵浸入體積：物體浸入在同一種液體時，浸入的體積越大，物體所受的浮力越大! ⑶不同液體：利用煤油、水和鹽水，可以比較物體在不同液體中所受浮力的大小。物體浸入液體體積相同時，液體的密度越大，物體所受的浮力越大。

實驗結論

通過上面的實驗我們很容易得到這樣的結論：浸在液體中的物體，所受浮力的大小與其排開液體的體積和密度有關。
古希臘學者阿基米德通過實驗和理論研究得出了有關浮力的原理：浸在液體中的物體所受的浮力，大小等于被物體排開的液體所受的重力。

即：F浮=G排液人們稱之為阿基米德原理。

因為：G排液=m液g=ρ液V排液g，所以：F浮=ρ液V排液g值得注意的是：阿基米德原理不僅適用于液體，也適用于氣體。

典型例題：【2018·蘇州】為探究物體在水中受到的浮力大小與浸入水中的體積和深度的關系，小明和小華把裝滿水的溢水杯放到臺秤上，溢水杯口下方放置一空量筒.用細線系住金屬塊并掛在彈簧測力計上，測力計示數為G.?然后將金屬塊緩慢浸入水中，且始終不與杯接觸，如圖.

(1)金屬塊浸沒前的過程中，測力計示數逐漸變小，說明浮力大小逐漸? ? ? ??. 據此，小明認為金屬塊受到的浮力隨浸入水中的深度增大而增大；而小華則認為浮力隨浸入水中的體積增大而增大.根據實驗你認為下列說法正確的是
A.只有小明的觀點合理 ???B.只有小華的觀點合理
C.兩人的觀點都不合理 ???D.兩人的觀點都合理

(2)接下來他們繼續實驗，增大金屬塊浸沒在水中的深度，發現測力計的示數始終不變且為F，據此可得出? ? ? ??的觀點不具有普遍性.這個過程中金屬塊受到的浮力F浮= ? ? ? .

(3)為了深入研究，他們測出量筒中水的體積V排，水的密度用表示ρ水，其重力G排=? ? ? ，通過比較數據發現.換用不同的物體和液體重復上述實驗，都能得出F浮=G排，說明決定浮力大小的根本因素是G排.

(4)從金屬塊開始浸入直至浸沒一定深度的過程中臺秤的示數變化情況是???????.

【考點】探究浮力大小的實驗．

【分析】

（1）浸在液體中的物體受到豎直向上的浮力作用，根據F=G-F浮可知，受到的浮越大，則彈簧測力計的示數越小。

（2）增大金屬塊浸沒在水中的深度，測力計的示數始終不變且為F，據此可得出浮力與物體完全浸沒在液體中的深度無關；

（3）重力G=mg=ρV g；

（4）根據臺秤示數等于臺秤對容器的支持力，然后根據阿基米德原理可知臺秤示數前后示數的變化值。

【解答】解：

（1）金屬塊浸沒前的過程中，測力計示數逐漸變小，根據F=G-F浮可知，說明浮力大小逐漸變大；金屬塊浸沒前的過程中，小明認為金屬塊受到的浮力隨浸入水中的深度增大而增大；而小華則認為浮力隨浸入水中的體積增大而增大，根據以上實驗兩人的觀點都合理，故說法正確的是D；

（2）接下來他們繼續實驗，增大金屬塊浸沒在水中的深度，發現測力計的示數始終不變且為F，據此可得出浮力與物體完全浸沒在液體中的深度無關，故小明的觀點不具有普遍性；這個過程中金屬塊受到的浮力根據F=G-F浮可知，F浮=G-F；

（3）量筒中水的體積V排，水的密度用ρ水表示，其重力G排=m排g=ρ水V排g，通過比較數據發現F浮=G排，換用不同的物體和液體重復上述實驗，都能得出F浮=G排，說明決定浮力大小的根本因素是G排。

（4）對臺秤受力分析可知：受溢水杯和水豎直向下的重力，金屬塊向下的壓力F壓=F浮，由平衡條件得：臺秤對容器的支持力FN=G+F壓；從金屬塊開始浸入直至浸沒一定深度的過程中G、F浮不變，故臺秤的示數變化情況是一直不變。
【答案】（1）變大；D；（2）小明；G-F；（3）ρ水V排g；（4）一直不變。
【歸納】本題考查了影響浮力大小的因素，側重考查了稱重法的應用，是一道常見題。

習題

習題1：（2018?武漢）如圖所示是“探究浮力的大小跟哪些因素有關”的幾個實驗情景。實驗甲、丙和丁中，彈簧測力計的示數分別為4.0N、2.8N和2.5N．若鹽水的密度為1.2×103kg/m3，則下列結論正確的是（??） A．物體A的密度為3.2×103kg/m3B．實驗乙中，物體A受到的拉力為1.0NC．實驗丙中，彈簧測力計的示數比乙中小0.5ND．實驗丁中，容器底部受到的壓力大于0.3N

習題2：（2018?揚州）為了驗證阿基米德原理，小明在一只塑料袋（塑料袋很輕很薄）中裝入大半袋水，用彈簧測力計測出盛有水的塑料袋所受重力的大小。再將塑料袋慢慢浸入水中，觀察到測力計的示數變 ??，說明盛水的塑料袋排開 ??越大，受到的浮力越大。

繼續將塑料袋慢慢浸入水中，當觀察到 ??現象時，彈簧測力計的示數為零，由此驗證了阿基米德原理。小華準備將塑料袋裝滿水做同樣的實驗，操作時發現，塑料袋尚未完全浸入水中彈簧測力計的示數已為零，這是 ??原故。

習題3：（2018?朝陽）如圖所示是探究“影響浮力大小的因素”的實驗。

（1）比較??（填序號），可知浮力的大小與排開液體的體積有關。

（2）分析①③④三次實驗的數據，可知浮力大小與物體浸沒在液體中的深度?（填“有”或“無“）關。

（3）通過比較①②⑤三次實驗的數據，?（填“能”或“不能”）得出浮力大小與液體密度有關。

（4）請你根據實驗數據，設計一個表格，表格中包括：物體的重力、液體的種類、物體浸沒在液體中彈簧測力計的拉力、物體浸沒在液體中受到的浮力，共4項內容。（要求完成表格數據的填寫）

（5）由實驗數據可知，此次實驗中鹽水的密度為?kg/m3．（已知水的密度ρ水＝1.0×103kg/m3）習題4：（2018?大連）小明在探究“浮力的大小與哪些因素有關”時，他猜想浮力的大小可能與液體的密度、物體的體積、物體排開液體的體積有關。所用的實驗器材有：底面積相同而體積不同的圓柱狀鋁塊（帶有掛鉤）若干、燒杯、鹽水、水、酒精、量程足夠大的彈簧測力計和細線。已知ρ鹽水＞ρ水＞ρ酒精。（1）在探究“浮力的大小與物體排開液體的體積是否有關”時，他選擇了一個鋁塊做實驗，鋁塊的體積大一些好還是小一些好？????。

（2）設計出探究“浮力的大小與液體的密度是否有關”的記錄實驗數據的表格，表中要有必要的信息。表中涉及到的物理量只用字母表示即可。

（3）在探究“浮力的大小與物體的體積是否有關”時，小明選用三個體積不同的鋁塊、燒杯、水和彈簧測力計，用如圖的方式進行實驗。先用彈簧測力計測出一個鋁塊的重力，然后把這個鋁塊浸沒在水中，讀出彈簧測力計的示數。再用其他兩個鋁塊重復上述實驗。分析數據得出了結論。

①該實驗方案的不合理之處是：??????。

②在原有實驗器材的基礎上，增加一個記號筆，寫出改正不合理之處的做法：??????。

習題5：（2018?廣西）在“探究浮力的大小跟哪些因素有關”的實驗中，提出如下猜想猜想1：浮力的大小可能與液體的密度有關猜想2：浮力的大小可能與物體的重力有關猜想3：浮力的大小可能與物體的形狀有關猜想4：浮力的大小可能與排開液體的體積有關（1）如圖1所示，用手把飲料罐按入水中，飲料料罐浸入水中越深，手會感到越吃力。這個事實可以支持以上猜想???（選填序號）