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探究浮力大小与哪些因素有关
一、 核心实验精讲
1. 实验目的
(1) 会用称重法测浮力；
(2) 会正确探究浮力的大小与液体密度和浸入液体体积的关系。
2. 实验方法
控制变量法。
3. 实验器材
弹簧测力计、铁块、细线、烧杯、水、盐水。
4. 实验步骤
- 用弹簧测力计测量出铁块的重力 $G$；
- 探究浮力的大小与物体排开的液体体积的关系：将铁块缓慢浸没在水中，如图乙、丙、丁所示，比较弹簧测力计的示数大小；
- 探究浮力的大小与液体密度的关系：将铁块分别浸没在水和盐水中的同一深度处，如图戊、己所示，比较弹簧测力计的示数大小；
- 探究浮力的大小与物体浸没在液体中的深度的关系：将铁块浸没在水中的不同深度处，如图丁所示，比较弹簧测力计的示数大小。
5. 实验数据记录表格
| 铁块重力 $G/\text{N}$ | 弹簧测力计示数 $F/\text{N}$ | 浮力 $F_{\text{浮}}/\text{N}$ | 实验情况 |
| :---------------: | :------------------: | :------------------------: | :----------------------- |
| 4 | 3 | 1 | 铁块一小部分浸入水中 |
| 4 | 2 | 2 | 铁块大部分浸入水中 |
| 4 | 1.4 | 2.6 | 铁块全部浸入水中 $1\ \text{cm}$ |
| 4 | 1.4 | 2.6 | 铁块全部浸入水中 $2\ \text{cm}$ |
| 4 | 1.4 | 2.6 | 铁块全部浸入盐水中 $2\ \text{cm}$ |
6. 实验现象及数据分析
- 将铁块缓慢浸入水中，弹簧测力计示数越来越小，说明浮力越来越大，这说明浮力的大小与物体浸在液体中的体积有关；
- 铁块浸没后，无论在何种深度，弹簧测力计的示数不变，这说明浮力的大小与深度无关；
- 铁块浸没在同一深度处，弹簧测力计在盐水中的示数较小，浮力较大，说明浮力的大小与液体的密度有关，密度越大，浮力越大。
7. 实验结论
物体在液体中所受浮力的大小，跟浸在液体中的体积和液体的密度有关；物体浸在液体中的体积越大，液体的密度越大，浮力就越大。
8. 拓展延伸
- 探究浮力与物体密度的关系：操作两个体积完全相同但材质不同的金属块，浸没在同一液体中，比较浮力，发现浮力相同，说明浮力与物体密度无关；
- 探究浮力的大小与物体的形状的关系：将一块橡皮泥用细线挂在弹簧测力计上测出重力，浸没在水中测浮力；再将橡皮泥改变形状浸没在水中测浮力，发现浮力相同，说明浮力大小与物体形状无关；
- $F-h$ 的关系图像：分为三个阶段：①未浸入，弹簧测力计示数不变；②浸入过程，示数逐渐减小；③完全浸没，示数不再变化。
二、 真题嫁接（考点与应用）
题目一
在“探究影响浮力大小因素”的实验中，一组同学提出了四种猜想：
小华：浮力大小与液体密度有关；
小红：浮力大小与物体浸入液体的体积有关；
冬冬：浮力大小与物体所受的重力有关；
玲玲：浮力大小与物体的形状有关。
他们找来了体积相同的 $A$、$B$ 两个实心金属块、弹簧测力计、一杯水、一杯盐水、细线等器材。按照图 17-1 所示规范地完成了实验，记录了如下表所示的实验数据。
| 次数 | 金属块 | 物体重力 $G/\text{N}$ | 液体密度 $\rho/(\text{g}\cdot\text{cm}^{-3})$ | 物体浸入液体中的体积 $V/\text{cm}^3$ | 弹簧测力计的示数 $F/\text{N}$ |
| :-: | :-: | :---------------: | :---------------------------------------: | :------------------------: | :-------------------: |
| 1 | $A$ | $5$ | $1.0$ | $20$ | $4.8$ |
| 2 | $A$ | $5$ | $1.0$ | $60$ | $4.4$ |
| 3 | $A$ | $5$ | $1.0$ | $100$ | $4.0$ |
| 4 | $A$ | $5$ | $1.2$ | $100$ | $\Delta$ |
| 5 | $B$ | $3$ | $1.2$ | $100$ | $1.8$ |
(2) 实验时，金属块重力为 $G$，金属块在水中所受浮力为 $F_{\text{浮}}$，弹簧测力计示数为 $F_{\text{示}}$，其测量原理利用了 ______ 。(填序号)
D（测力计是利用二力平衡原理，静止时 $F_{\text{示}} + F_{\text{浮}} = G$，推导出 $F_{\text{浮}} = G - F_{\text{示}}$）
A. $F_{\text{浮}}$ 与 $G$ 是一对平衡力
B. $F_{\text{浮}}$ 与 $G$ 是相互作用力
C. $F_{\text{浮}}$ 与 $F_{\text{示}}$ 是相互作用力
D. $F_{\text{浮}}$ 与 $F_{\text{示}}$ 和$G$是一对平衡力
(3) 根据表格中的实验数据，可知金属块 $A$ 浸在液体中的体积为 $60\ \text{cm}^3$ 时，金属块 $A$ 所受浮力大小为 ______ $\text{N}$；第4次实验弹簧测力计示数如图 17-1 所示，表格中标有“$\Delta$”的位置的数据应该是 ______ 。
(3) 根据表格中的实验数据，可知金属块 $A$ 浸在液体中的体积为 $60\ \text{cm}^3$ 时，金属块 $A$ 所受浮力大小为 ______ $\text{N}$；第4次实验弹簧测力计示数如图 17-1 所示，表格中标有“$\Delta$”的位置的数据应该是 ______ 。
.6$；.8$（解析：第3次浸没在水中时体积为 0\ \text{cm}^3$，浮力为 -4.0=1.0\ \text{N}$；第4次浸没在盐水中，排开液体体积不变，液体密度变为
(3) 根据表格中的实验数据，可知金属块 $A$ 浸在液体中的体积为 $60\ \text{cm}^3$ 时，金属块 $A$ 所受浮力大小为 ______ $\text{N}$；第4次实验弹簧测力计示数如图 17-1 所示，表格中标有“$\Delta$”的位置的数据应该是 ______ 。
.2\ \text{g/cm}^3$，由 $F_{\text{浮}}=\rho_{\text{液}}gV_{\text{排}}$ 得浮力为
(3) 根据表格中的实验数据，可知金属块 $A$ 浸在液体中的体积为 $60\ \text{cm}^3$ 时，金属块 $A$ 所受浮力大小为 ______ $\text{N}$；第4次实验弹簧测力计示数如图 17-1 所示，表格中标有“$\Delta$”的位置的数据应该是 ______ 。
.2\ \text{N}$，则弹簧测力计示数为 -1.2=3.8\ \text{N}$）
(4) 通过分析比较第 ______ 次实验数据，能够说明小华同学的猜想是正确的；分析比较第 ______ 次实验数据，能够说明小红同学的猜想是正确的。
、4、5$（控制排开液体体积相同，改变液体密度，说明浮力与液体密度有关，猜想小华正确）；
(4) 通过分析比较第 ______ 次实验数据，能够说明小华同学的猜想是正确的；分析比较第 ______ 次实验数据，能够说明小红同学的猜想是正确的。
、2、3$（液体密度相同，改变排开液体体积，说明浮力与排开液体体积有关，猜想小红正确）
(5) 为了验证冬冬同学的猜想，他们选择了第 ______ 次实验数据，他们发现浮力大小与物体所受的重力 ______ （选填“无关”或“有关”）。
、5$（分析 、5$ 次实验可知，浸在相同液体中的物体体积相同，物体重力不同，受到的浮力相同，说明浮力大小与物体重力无关）
(6) 要验证玲玲的猜想，同学们又找来了一块橡皮泥，他们把橡皮泥捏成不同形状，先后放入水中，发现有的漂浮在水面上，有的下沉。他们由此得出结论：浮力的大小与物体的形状有关。请指出他们实验方法的错误之处：______ 。
没有控制橡皮泥浸入液体的体积相同（需控制排开液体的体积相同，才能研究形状的影响）
(8) 另一组同学实验过程中，如图 17-2 所示，若先完成步骤 $B$、$C$ 再完成步骤 $A$，则测得的浮力将 ______ （选填“偏大”或“偏小”）。
偏大（先测浸入水中的重力再测空气中的重力，铁块沾水，测得重力偏大，导致计算出的浮力偏大）
(9) 小明同学在探究影响浮力大小的因素时，做了如图 17-2 所示的实验。请你根据有关实验数据，计算出盐水的密度为 ______ $\text{kg}/\text{m}^3$。（$g$ 取 $10\ \text{N}/\text{kg}$）
\times 10^3$（解析：由A、C得水中浮力 $F_{\text{水}} = G - F_{\text{示C}} = 8\ \text{N} - 7\ \text{N} = 1\ \text{N}$；由A、E得盐水中浮力 $F_{\text{盐}} = G - F_{\text{示E}} = 8\ \text{N} - 6\ \text{N} = 2\ \text{N}$；$\rho_{\text{盐水}} = \frac{F_{\text{盐}}}{F_{\text{水}}} \times \rho_{\text{水}} = \frac{2}{1} \times 1.0 \times 10^3 = 2 \times 10^3\ \text{kg/m}^3$）
(12) 小明将金属块逐渐浸入水中，发现弹簧测力计的示数逐渐变小后保持不变，最后突然变为 $0$，示数为 $0$ 时物块处于 ______ （选填“漂浮”“悬浮”或“沉底”）状态。
悬浮（弹簧测力计示数为
(12) 小明将金属块逐渐浸入水中，发现弹簧测力计的示数逐渐变小后保持不变，最后突然变为 $0$，示数为 $0$ 时物块处于 ______ （选填“漂浮”“悬浮”或“沉底”）状态。
$，说明 $F_{\text{浮}} = G_{\text{物}}$，物体密度等于液体密度，处于悬浮状态）