【做中学】第30期:探究浮力大小与哪些因素有关

编者荐语:目前很多学生物理学习中不进行实验操作,只是在机械性“刷题”,这一现象在毕业年级显得尤为突出,这种“假实验”的恶果直接导致学生的动手能力越来越差。学习物理就必须要多动手,多思考,而不仅仅是做几道物理习题,那只会是“纸上谈兵”。近几年中考物理试题评价的导向就是在引领我们的课堂教学从“知识传递”走向“思维培养”的真正转型。“刷题”时代已经一去不复返了,必须引领学生进行“体验式学习”。“做中学”已经成为信息时代学生学习方式变革的必然选择,也是教师进行深度实践教学的最佳选择。

为此,微信公众号特推出《做中学》专栏,给大家推荐的是编者和学生这几年物理课改的一些典型案例,提供的实验素材可以作为一线教师很好的借鉴资料,也可以作为学生自主性探究式学习的参考资料。

《做中学》专栏主要有以下几个栏目:原创试题、创新实验、现象解析、参考答案、中考链接。由于编者能力和水平有限,加之时间仓促,难免存在一些纰漏,还望给予建设性的建议与帮助,谢谢您的不吝赐教。

【做中学】第30期:探究浮力的大小与哪些因素有关

原创试题:小文同学进行“探究影响浮力大小的因素”的实验:
(1)先在弹簧测力计下端挂一个物体,把物体缓缓浸入水中不同的位置,直到物体全部浸没在水中(图1)。

图1

通过实验可以看出,当物体浸入水中的体积越大,弹簧测力计的示数____,也就是说物体受到的浮力____;当物体全部浸入水中,尽管浸入水中的深度增加,可是弹簧测力计的示数____,说明浮力大小与物体浸入水中的深度____。由以上实验可以推测:物体受到的浮力大小可能与物体浸入液体中的体积(即____)有关。
(2)在弹簧测力计下端挂一个物体,把物体分别全部浸入水、盐水、酒精中。通过实验发现,当物体分别浸没在水中、盐水中和酒精中,发现弹簧测力计示数并不相同,其中在盐水中的示数____,酒精中的示数____。通过受力分析进一步可以得知,当同一物体浸没在不同的液体中,所受到的浮力并不相同,其中液体的密度较大时,所受的浮力____。由以上实验可以推测:物体受到的浮力大小可能与____有关。
(3)通过以上两个推测可以进一步猜测浮力与____有关,而液体的重力与质量成正比,因此进一步猜测浮力的大小可能与____有关。
创新实验:探究浮力的大小与哪些因素有关
(宿潆文)
参考答案:(1)越小;越大;不再变化;无关;物体排开液体的体积V
(2)最小;最大;较大;液体的密度ρ
(3)排开液体的质量;排开液体的重力G
中考链接:(2006·烟台)9.某同学在实验室里探究“影响浮力大小的因素”的实验,如图2是其中的一次实验情景。根据图示可以知道,该同学这次操作的目的是(   )
图2
A.探究物体所受浮力大小与其浸入深度的关系
B.说明物体所受浮力的大小跟排开液体的体积大小有关
C.探究物体所受浮力大小与液体密度的关系
D.验证阿基米德原理F=G
参考答案:C
(2007·烟台)5.关于物体受到的浮力,下列说法正确的是(   )
A.漂在水面的物体比沉在水底的物体受到的浮力大
D.物体排开水的体积越大受到的浮力越大
C.没入水中的物体在水中的位置越深受到的浮力越大
D.物体的密度越大受到的浮力越小
参考答案:
(2003·烟台)26.在探究“浸没在液体中的物体所受浮力的大小跟哪些因素有关”的实验时,部分同学提出如下猜想:
·物体所受浮力的大小可能跟物体的密度有关。
·物体所受浮力的大小可能跟物体的形状有关。
(1)除此之外你还有什么猜想?写出你的猜想。
(2)请你就上述猜想任选一种,设计出实验探究方案(所选猜想可以是同学提出的也可以是你自己提出的)。
参考答案:
(1)研究物体所受浮力大小是否与物体密度有关。
(2)实验器材:弹簧测力计、烧杯、水、细线、体积相同的铁块和铝块。
实验方法与步骤:在液体密度和物体排开液体的体积相同的条件下,物体的密度不同,研究物体所受浮力是否相同。
用弹簧测力计分别测出铁块和铝块在空气中的重力G,然后将铁块和铝块浸没在水中,读出弹簧测力计的示数F,根据F=G-F,求出铁块和铝块浸没在水中受到的浮力,然后进行比较。
(2016·烟台)24.在探究“浮力的大小与什么因素有关”的实验中,小明同学和他的同伴们进行了如图所示的一系列实验,实验中的铜块与铝块体积相同,实验数据在图3中已列出。
图3
(1)图①③④三次实验是为了探究浮力的大小与哪个因素的关系?
(2)分析①②④⑥四次实验得到的结论是什么?
(3)为探究浮力大小跟物体浸没在液体中深度的关系,应选哪几次实验分析比较?
(4)根据有关实验数据,你得到的盐水的密度是多少?
参考答案:
(1)为了探究浮力的大小与排开液体体积的关系
(2)物体受到的浮力大小与物重无关
(3)①④⑤
(4)1.1×103kg/m3
(2019·舟山)18.小薇同学制作了如图4所示的探头进行了液体压强和浮力的综合探究。

图4

(1)紧密蒙在探头下端的橡皮膜,形变程度越大,说明它所受的液体压强越____;
(2)实验时的情形如图5所示,比较甲图和____图,可以初步得出结论:在同种液体中,液体内部压强随深度的增加而增大;

图5

(3)比较图甲图和丙图,可以初步得出结论:液体内部压强与液体____有关;
(4)小薇同学用弹簧测力计挂着此探头继续探究:
①向溢水杯中注水,直到溢水口水流出时停止加水,最后溢水杯中的水面恰好与溢水口____
②用细线悬挂在弹簧测力计下的探头刚好浸没,如图丁所示,此时弹簧测力计的示数为____N,溢出的水全部流入小量筒中,排开水的体积为ml,此时探头所受的浮力为____N;
③探头从丁图位置不断缓慢往下放(细线足够长),排开水的质量____(选填“变大”“变小”或“不变”),弹簧测力计的示数会____(选填字母)。
A.一直变大
B.先不变后变小
C.先变大后变小
D.先变小后变大
分析:(1)本题采用了物理中常见的研究方法﹣﹣转换法,即把液体内部压强的大小转换成橡皮膜形变程度的大小来判断,形变程度越大,表示水内部的压强越大。
(2)(3)液体内部的压强与液体的深度和密度都有关系,在实验中,应控制其中的一个量保持不变,才能观察压强与另一个量的关系,从控制变量法的角度可判断此题的实验过程。
(4)①根据生活常识解答即可;②根据图示读出弹簧测力计的示数和排开水的体积;利用阿基米德原理计算此时探头所受的浮力。③根据F=ρgV判断浮力;对探头进行受力分析,利用力的合成判断弹簧测力计的示数变化。
解答:
(1)把液体内部压强的大小转换成橡皮膜形变程度的大小来判断,形变程度越大,表示液体内部的压强越大。
(2)要探究液体压强大小与深度的关系,应控制液体的密度相同、探头的方向相同,而深度不同,故选甲、乙两图即可;
(3)比较甲图和丙图可知,探头所处的深度相同,液体的种类不同,橡皮膜的形变程度不同,说明液体产生的压强不同,可初步得出液体内部压强与液体密度有关。
(4)①向溢水杯中注水,直到溢水口水流出时停止加水,最后溢水杯中的水面恰好与溢水口相平;
②由图知,弹簧测力计的分度值为0.2N,示数F′=0.4N;
溢出的水全部流入小量筒中,排开水的体积为20mL=20cm3
此时探头所受的浮力:
F=ρgV=1×103kg/m3×10N/kg×20×10﹣6m3=0.2N。
③由甲、乙两图可知,探头浸入水中的深度增加时,其体积会减小,排开水的体积减小,根据F=ρgV知,其所受浮力变小;根据F=G=mg知,排开水的质量变小;
探头在刚与溢水杯底部接触但对溢水杯底部没有压力之前,探头的重力不变,所受浮力变小,根据F=G﹣F知,弹簧测力计示数会变大;
当探头在与溢水杯底部接触且对溢水杯底部有压力之后,探头还受到杯底向上的支持力,根据力的合成可知,弹簧测力计示数会变小;所以,整个过程中弹簧测力计的示数会先变大后变小,故选C。
参考答案:
(1)大;
(2)乙;
(3)密度;
(4)①相平;②0.4;20;0.2;③变小;C。
点评:此题为探究液体压强、浮力大小的影响因素综合探究实验题,实验题是物理学科的特点,也是一种必备的技能,更是中考的重点题型之一。要求学生熟练掌握,并掌握控制变量法、转换法等物理学方法在实验中的应用。
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