内容正文:
十三、阿基米德原理
· 必考知识点速记
戊
1. 石块受到的浮力:
1.
石块排开液体的重力:
2.
实验结论:浸入液体中的物体所受浮力大小等于物体排开的液体受到的重力大小
4. 若图中溢杯内未盛满,实验中会偏小
5.多次实验的目的:使结论更具有普遍性;
6. 多次实验的操作:由浸没改为部分浸入,换用不同的液体、不同的固体等
7. 物块密度小于液体密度时,可以将定滑轮置于溢水杯底部,改变拉力的方向
8. 如图戊所示,将装置放在电子秤上,把浸没的物体缓慢下沉(物体未碰到烧杯底部),电子秤的示数不变.
· 一题搞定常考知识点
某实验小组做“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”实验。
(1)实验步骤如下。
A. 如图甲①,用弹簧测力计测出某物体所受的重力 G;
B. 如图甲②,把被测物体浸没在盛满水的溢水杯中,读出这时测力计的示数 F,同时,用小桶收集物体排开的水,计算出物体所受的浮力 F浮=________(用符号表示);
C. 如图甲③,测出小桶和物体排开的水所受的总重力 G总;
D. 如图甲④,将小桶中的水倒出,测出小桶所受的重力 G桶,计算出排开水所受的重力 G排=________(用符号表示)。
(2)老师指出该实验步骤所测量的物体________(选填“受到的浮力”或“排开液体所受的重力”)存在误差,由此计算出的数据________(选填“偏大”或“偏小”),最合理的实验步骤为________(用图甲中对应的序号表示)。
(3)按照正确的实验步骤进行实验,同时将测量的实验数据记录在下面的表格中,请补全表格中所缺数据。
物体所受重力 G/N
物体浸没在水中测力计读数 F/N
①________
小桶所受重力 G桶/N
小桶和排开水所受总重力 G总/N
排开水所受重力 G排/N
2.0
1.0
②________
1.2
2.2
③________
(4)分析实验数据,可以得出实验结论:浸在液体中的物体所受浮力大小等于________________________________。
(5)小组成员小明得出实验结论准备结束实验。小丽认为实验还没有结束,理由是________,接下来的实验操作中不合理的是________。
A. 用原来的方案和器材多次测量取平均值
B. 用原来的方案将水换成酒精进行实验
C. 用原来的方案将物体换成体积与其不同的物体进行实验
(6)如果使用木块来进行该实验,实验________(选填“能”或“不能”)完成,原因是:________________________________。
【答案】 (1) (2)排开液体所受的重力 偏小 ④①②③ (3)①物体所受的浮力 ②1.0 ③1.0 (4)物体排开液体所受重力的大小 (5)只进行一次实验,得出的结论不具有普遍性 A (6)能 换用密度小于水的木块,木块漂浮,浮力等于重力,也可测出木块排开水的重力
【解析】(1)物体所受重力为 ,物体浸没在盛满水的溢水杯中时测力计的示数为 ,则物体所受的浮力 ;小桶和物体排开的水所受的总重力为 ,将小桶中的水倒出,测出小桶所受的重力为 ,则排开水所受的重力 ; (2)将小桶中的水倒出后,小桶中有水滴残留,因此测得的小桶重力偏大,导致测量的排开液体所受的重力偏小,存在误差,应先测量空小桶的重力,再测量小桶和物体排开的水所受的总重力,最合理的步骤应为④①②③; (3)实验中探究的是物体所受浮力和排开水所受重力的关系,因此缺少的一栏是物体所受的浮力 ,根据(1)中表达式即可得出对应数据,; (4)因物体所受的浮力和物体排开水所受的重力均为 1.0 N,因此得出结论:浸在液体中的物体所受浮力大小等于物体排开液体所受重力的大小;(5)一次实验具有偶然性,应多次实验总结普遍规律,需将水换成别的液体、将物体换成体积不同的物体进行实验,用原来的方案和器材多次测量取平均值不能得出普遍规律,所以不合理的是 A;
· 习题速练
【例1】某实验小组为了研究浮力大小与物体排开液体重力的关系,进行了下面的实验,如图所示:
(1)实验过程中,由__________两图得出物块所受浮力,再由另外两图得出物块排开水所受重力,可初步得出结论:浸在液体中的物体所受浮力的大小等于它排开的液体所受的重力;
(2)小组同学经过交流、评估和反思后,得出方便操作和减小误差最合理的操作步骤顺序是__________;(填入“甲、乙、丙、丁”的合理顺序)
(3)另外一个小组进行实验时。溢水杯中液体没有装满,导致测量到的排开液体重力会__________(选填“偏大”或“偏小”)。
(4)同学们换用不同的物体及不同的液体重复多次实验的目的是__________(选填“减小误差”或“寻找普遍规律”)。
(5)物体没有完全浸没在水中。__________(选填“能”或“不能”)用此实验验证阿基米德原理。
(6)实验后,小组同学提出还可以利用该实验计算物体的密度,该物体的密度是____________()。
【答案】(1)甲、乙
(2)丁、甲、乙、丙
(3)偏小
(4)寻找普遍规律
(5)能
(6)
【详解】(1)甲图测物体重力,乙图测物体浸没时拉力,根据称重法,浮力,因此选甲、乙两图。
(2) 为避免空桶沾水导致空桶重力测量误差,以及方便操作,合理操作是先测空桶重力,再测物体重力,再将物体浸入溢水杯,最后测桶和排开水的总重力,因此最合理顺序为丁、甲、乙、丙。
(3)溢水杯未装满时,只有部分排开的水会溢出流入小桶,收集到的水比实际排开的水少,因此测得的排开液体重力偏小。
(4)本实验是探究规律类实验,换不同物体、液体多次实验,是为了避免偶然性,寻找普遍规律。
(5)阿基米德原理对部分浸入的物体同样成立,物体未完全浸没时,仍可测出浮力和排开液体的重力验证原理,因此能验证。
(6) 物体质量
完全浸没时,物体体积等于排开水的体积
物体密度
【例2】如图所示为“探究阿基米德原理”的实验步骤示意图。
(1)为了精简实验过程,最合理的顺序是___________;
(2)由图中可知,物体所受___________,排开水的重力___________。若刚开始溢水杯水没有装满,会使测得的___________(选填“偏大”“偏小”或“不变”);
(3)实验可得出的结论是,这就是著名的阿基米德原理。本探究过程中多次实验的目的是___________;下列操作中影响实验结论的是___________。
A.把金属块换成不吸水的小木块 B.测力计没有校零
C.金属块部分浸入 D.乙图中金属块触到溢水杯底
【答案】(1)丁甲乙丙
(2) 1 1 偏小
(3) 避免偶然性,寻找普遍规律 D
【详解】(1)要探究阿基米德原理,需要先测空桶重力、物体重力,再将物体浸入溢水杯,最后测桶和溢出水的总重力,因此合理的顺序为:丁(测空桶重)→甲(测物体重)→乙(物体浸在液体中)→丙(测桶+水重)
(2)由图甲、乙可知,物体A重力为2N,完全浸没在水中后,弹簧测力计拉力为1N,此时物体A所受浮力为
由图丙、丁可知,排开水的重力为
若开始溢水杯中没有装满水,物体浸入时,水不会立刻溢出,会导致排开水的重力偏小。
(3)实验中多次实验的目的是避免偶然性,寻找普遍规律;
A.把金属块换成不吸水的小木块,仍能测浮力和排开液体重力,不影响结论,故A不符合题意;
B.测力计没有校零,只要两次测量的差值正确,不影响结论;
C.金属块部分浸入,仍能计算弹簧测力计前后的差值进行验证,不影响结论,故C不符合题意;
D.乙图中金属块触到溢水杯底,由于受到容器底的支持力作用,弹簧测力计的示数会变小,计算浮力时仍然认为浮力等于重力减弹簧测力计示数,结果导致浮力与排开液体的重力不相等,影响结论,故D符合题意。
故选D。
【例3】如图所示,小渝和同学们利用一长方体物块来探究影响浮力大小的因素。
(1)测量前,需沿__________方向将弹簧测力计调零。
(2)将物块竖放后挂在弹簧测力计上,测出物块的重力为2.7N,然后将物块部分浸入水中,发现测力计示数减小了,说明物块受到了竖直向_________的浮力。当测力计示数如图甲所示时,浮力为________N;
(3)接下来小渝继续按图乙、丙、丁所示进行实验,由甲、乙、丙的数据可知:在同种液体中,物体排开液体的体积__________,浮力越大;由丙、丁的数据可知:物体浸没在同种液体中时所受浮力大小跟深度__________;
(4)比较图丁、戊可知:浮力大小与液体的__________有关;并通过计算得出所用盐水密度为__________;若在实验前,弹簧测力计的指针在零刻度线以下,并未调零,则算出的盐水密度__________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【答案】(1)竖直
(2) 上 0.3
(3) 越大 无关
(4) 密度 1.1 不变
【详解】(1)重力和浮力均为竖直方向的力,则弹簧测力计测量的是竖直方向上的力,所以弹簧测力计在使用前,需沿竖直方向调零。
(2)[1]物块浸入水中时,测力计示数减小,说明水对物块有向上的作用力,即物块受到竖直向上的浮力。
[2]如图甲所示,弹簧测力计的分度值为0.1N,指针指在2N下面第4小格处,则此时弹簧测力计的示数
此时受到的浮力
(3)[1]观察甲、乙、丙实验,液体都是水,物块排开液体体积越大,弹簧测力计示数越小,根据可知,浮力越大,故可得出:在同种液体中,物体排开液体的体积越大,浮力越大。
[2]观察丙、丁实验,物块都浸没在水中,排开液体体积相同;深度不同,弹簧测力计示数相同,即浮力相同。所以物体浸没在同种液体中时,所受浮力大小跟深度无关。
(4)[1]丁中是水,戊中是盐水,液体密度不同;物块都浸没,排开液体体积相同,弹簧测力计示数不同,即浮力不同。说明浮力大小与液体密度有关。
[2]丁图中物块受到的浮力
戊图中物块受到的浮力
丁、戊两图中,物块均浸没,它们排开液体的体积相等,即
即
则盐水的密度
[3]若弹簧测力计指针在零刻度线以下未调零,测量的重力G和在液体中的拉力F都偏大,但浮力,是差值,浮力测量准确,则算出的盐水密度也准确,即算出的盐水密度不变。
【例4】探究“影响浮力大小的因素”时,小红做了如图所示的实验。请你根据她的实验探究回答下列问题。
(1)比较乙图和丙图可知,物体受到的浮力大小与物体排开液体的________有关;
(2)比较丁图和戊图可知,物体受到的浮力大小与液体的________有关;
(3)比较丙图和________图可知,物体受到的浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关;
(4)比较丙图和戊图,图中水对烧杯底部的压强________(选填“大于”“小于”或“等于”)酒精对烧杯底部的压强;
(5)小红由实验中的数据计算出物体A的体积为________。()
【答案】(1)体积
(2)密度
(3)丁
(4)大于
(5)100
【详解】(1)比较乙图和丙图,液体都是水,即液体密度相同,而物体排开水的体积不同(丙图中物体排开水的体积更大)。
根据称重法测浮力,乙图中
丙图中
浮力不同,所以,物体受到的浮力大小与物体排开液体的体积有关。
(2)比较丁图和戊图,物体都是完全浸没,即排开液体的体积相同,丁图中的液体是水,戊图中的液体是酒精,液体密度不同。
根据称重法测浮力,丁图中浮力
戊图中浮力
浮力不同,所以,物体受到的浮力大小与液体的密度有关。
(3)要探究物体受到的浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关,需要控制液体密度和排开液体的体积相同,改变深度。丙图和丁图中,液体都是水,密度相同,物体都是完全浸没,排开液体的体积相同,只是物体浸入深度不同,且弹簧测力计示数相同,浮力相同。所以,比较丙图和丁图可知,物体受到的浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关。
(4)根据液体压强公式,丙图和戊图中,烧杯底部液体的深度相同,因为,和相同,所以水对烧杯底部的压强大于酒精对烧杯底部的压强。
(5)由图甲知物体重力,由图丙知物体浸没在水中时弹簧测力计示数,可得物体浸没在水中时受到的浮力
再根据,可得
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十三、阿基米德原理
· 必考知识点速记
戊
1. 石块受到的浮力:
1.
石块排开液体的重力:
2.
实验结论:浸入液体中的物体所受浮力大小等于物体排开的液体受到的重力大小
4. 若图中溢杯内未盛满,实验中会偏小
5.多次实验的目的:使结论更具有普遍性;
6. 多次实验的操作:由浸没改为部分浸入,换用不同的液体、不同的固体等
7. 物块密度小于液体密度时,可以将定滑轮置于溢水杯底部,改变拉力的方向
8. 如图戊所示,将装置放在电子秤上,把浸没的物体缓慢下沉(物体未碰到烧杯底部),电子秤的示数不变.
· 一题搞定常考知识点
某实验小组做“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”实验。
(1)实验步骤如下。
A. 如图甲①,用弹簧测力计测出某物体所受的重力 G;
B. 如图甲②,把被测物体浸没在盛满水的溢水杯中,读出这时测力计的示数 F,同时,用小桶收集物体排开的水,计算出物体所受的浮力 F浮=________(用符号表示);
C. 如图甲③,测出小桶和物体排开的水所受的总重力 G总;
D. 如图甲④,将小桶中的水倒出,测出小桶所受的重力 G桶,计算出排开水所受的重力 G排=________(用符号表示)。
(2)老师指出该实验步骤所测量的物体________(选填“受到的浮力”或“排开液体所受的重力”)存在误差,由此计算出的数据________(选填“偏大”或“偏小”),最合理的实验步骤为________(用图甲中对应的序号表示)。
(3)按照正确的实验步骤进行实验,同时将测量的实验数据记录在下面的表格中,请补全表格中所缺数据。
物体所受重力 G/N
物体浸没在水中测力计读数 F/N
①________
小桶所受重力 G桶/N
小桶和排开水所受总重力 G总/N
排开水所受重力 G排/N
2.0
1.0
②________
1.2
2.2
③________
(4)分析实验数据,可以得出实验结论:浸在液体中的物体所受浮力大小等于________________________________。
(5)小组成员小明得出实验结论准备结束实验。小丽认为实验还没有结束,理由是________,接下来的实验操作中不合理的是________。
A. 用原来的方案和器材多次测量取平均值
B. 用原来的方案将水换成酒精进行实验
C. 用原来的方案将物体换成体积与其不同的物体进行实验
(6)如果使用木块来进行该实验,实验________(选填“能”或“不能”)完成,原因是:________________________________。
· 习题速练
【例1】某实验小组为了研究浮力大小与物体排开液体重力的关系,进行了下面的实验,如图所示:
(1)实验过程中,由__________两图得出物块所受浮力,再由另外两图得出物块排开水所受重力,可初步得出结论:浸在液体中的物体所受浮力的大小等于它排开的液体所受的重力;
(2)小组同学经过交流、评估和反思后,得出方便操作和减小误差最合理的操作步骤顺序是__________;(填入“甲、乙、丙、丁”的合理顺序)
(3)另外一个小组进行实验时。溢水杯中液体没有装满,导致测量到的排开液体重力会__________(选填“偏大”或“偏小”)。
(4)同学们换用不同的物体及不同的液体重复多次实验的目的是__________(选填“减小误差”或“寻找普遍规律”)。
(5)物体没有完全浸没在水中。__________(选填“能”或“不能”)用此实验验证阿基米德原理。
(6)实验后,小组同学提出还可以利用该实验计算物体的密度,该物体的密度是____________()。
【例2】如图所示为“探究阿基米德原理”的实验步骤示意图。
(1)为了精简实验过程,最合理的顺序是___________;
(2)由图中可知,物体所受___________,排开水的重力___________。若刚开始溢水杯水没有装满,会使测得的___________(选填“偏大”“偏小”或“不变”);
(3)实验可得出的结论是,这就是著名的阿基米德原理。本探究过程中多次实验的目的是___________;下列操作中影响实验结论的是___________。
A.把金属块换成不吸水的小木块 B.测力计没有校零
C.金属块部分浸入 D.乙图中金属块触到溢水杯底
【例3】如图所示,小渝和同学们利用一长方体物块来探究影响浮力大小的因素。
(1)测量前,需沿__________方向将弹簧测力计调零。
(2)将物块竖放后挂在弹簧测力计上,测出物块的重力为2.7N,然后将物块部分浸入水中,发现测力计示数减小了,说明物块受到了竖直向_________的浮力。当测力计示数如图甲所示时,浮力为________N;
(3)接下来小渝继续按图乙、丙、丁所示进行实验,由甲、乙、丙的数据可知:在同种液体中,物体排开液体的体积__________,浮力越大;由丙、丁的数据可知:物体浸没在同种液体中时所受浮力大小跟深度__________;
(4)比较图丁、戊可知:浮力大小与液体的__________有关;并通过计算得出所用盐水密度为__________;若在实验前,弹簧测力计的指针在零刻度线以下,并未调零,则算出的盐水密度__________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【例4】探究“影响浮力大小的因素”时,小红做了如图所示的实验。请你根据她的实验探究回答下列问题。
(1)比较乙图和丙图可知,物体受到的浮力大小与物体排开液体的________有关;
(2)比较丁图和戊图可知,物体受到的浮力大小与液体的________有关;
(3)比较丙图和________图可知,物体受到的浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关;
(4)比较丙图和戊图,图中水对烧杯底部的压强________(选填“大于”“小于”或“等于”)酒精对烧杯底部的压强;
(5)小红由实验中的数据计算出物体A的体积为________。()
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