某研究性学习小组的同学为了制作能够方便鉴别液体种类的仪器．他们猜测漂浮在液面上的物体浸在液体中的深度可能与物体的质量、液体的种类存在着某种关系，并进行实验探究．实验-物理打印页面

某研究性学习小组的同学为了制作能够方便鉴别液体种类的仪器．他们猜测漂浮在液面上的物体浸在液体中的深度可能与物体的质量、液体的种类存在着某种关系，并进行实验探究．实验-物理

[db:作者] 2020-05-30 00:00:00 零零社区

题文

某研究性学习小组的同学为了制作能够方便鉴别液体种类的仪器．他们猜测漂浮在液面上的物体浸在液体中的深度可能与物体的质量、液体的种类存在着某种关系，并进行实验探究．实验时，该小组同学选用一个圆柱形的瓶子，内装不同质量的细沙，先后漂浮在甲、乙两种液体中，并用仪器测出每一次实验时瓶和细沙的总质量及圆柱形的瓶子底部所处的深度h（已知甲、乙两种液体的密度分别为ρ_甲、ρ_乙），如图所示．记录的数据如表一、表二所示．
表一液体甲

实验序号瓶和沙总质量（千克）深度h（米）

1 0.2 0.09

2 0.4 0.18

3 0.6 0.27
表二液体乙

实验序号瓶和沙总质量（千克）深度h（米）

4 0.2 0.07

5 0.4 0.14

6 0.6 0.21
（1）分析比较实验序号1、2、3或4、5、6的数据及相关条件，可初步得出结论：漂浮在同种液体中的圆柱形瓶子，它浸在液体中的深度与瓶和沙的总质量成______比．
（2）分析比较实验的数据及相关条件，可知甲、乙两种液体的密度关系是ρ_甲______ρ_乙
（3）实验序号1的这次实验，圆柱形瓶子所受的浮力为______牛（g取10牛/千克），若圆柱形瓶子的底部面积为0.002米²，则甲液体的密度为______千克/米³（结果保留小数点后1位）．
题型：问答题难度：中档

答案

（1）分析比较实验序号1、2、3或4、3、6的数据可得：漂浮在同种液体中的圆柱形瓶子，它浸在液体中的深度与瓶和沙的总质量成正比．
（2）由实验序号1和4或2和5或3和5两次实验可知漂浮在液体中的瓶子和沙的总质量相等、浸在液体中的深度h_甲＞h_乙，则瓶子受到的浮力相等、V_排甲＞V_排乙，所以ρ_甲＜ρ_乙．
（3）序号1的实验中瓶和沙的总质量m=0.2kg，
则瓶和沙的总重力G=mg=0.2kg×10N/kg=2N，
∴F_浮=G=2N，
又∵F_浮=ρgV_排=ρgSh，
∴ρ=
F浮
gSh
=
2N
0.002m2×0.09m×10N/kg
≈1.1×10³kg/m³．
故答案为：（1）正；（2）＜；（3）2；1.1×10³．

据专家权威分析，试题“某研究性学习小组的同学为了制作能够方便鉴别液体种类的仪器．他们..”主要考查你对浮力及阿基米德原理，密度的计算，重力的计算等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下：

浮力及阿基米德原理密度的计算重力的计算

考点名称：浮力及阿基米德原理

浮力：
（1）定义：浸在液体中的物体受到向上托的力叫做浮力。
（2）施力物体与受力物体：浮力的施力物体是液体 (或气体)，受力物体是浸入液体(或气体)中的物体。
（3）方向：浮力的方向总是竖直向上的。
阿基米德原理：
（1）原理内容：浸在液体里的物体受到液体竖直向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。
（2）公式：，式中ρ_液表示液体的密度，V_排是被物体排开的液体的体积，g取9．8N／kg。
浮力大小跟哪些因素：
有关浸在液体中的物体受到浮力的大小，跟物体浸入液体中的体积有关，跟液体的密度有关，跟物体浸入液体中的深度无关。跟物体本身密度大小无关。
阿基米德原理的五点透析：
(1)原理中所说的“浸在液体里的物体”包含两种状态：一是物体的全部体积都浸入液体里，即物体浸没在液体里；二是物体的一部分体积浸入液体里，另一部分露在液面以上。

(2)G_排指被物体排开的液体所受的重力，F_浮= G_排表示物体受到的浮力的大小等于被物体排开的液体的重力。

(3)V_排是表示被物体排开的液体的体积，当物体全部浸没在液体里时，V_排=V_物；当物体只有一部分浸入液体里时，则V_排<V_物。

(4)由可以看出，浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积这两个因素有关，而跟物体本身的体积、密度、形状、在液体中的深度、液体的多少等因素无关。

(5)阿基米德原理也适用于气体，但公式中ρ_液应该为ρ_气。

控制变量法探究影响浮力大小的因素:
     探究浮力的大小跟哪些因素有关时，用“控制变量法”的思想去分析和设计，具体采用“称量法”来进行探究，既能从弹簧测力计示数的变化中体验浮力，同时，还能准确地测出浮力的大小。
例1小明在生活中发现木块总浮在水面，铁块却沉入水底，因此他提出两个问题：
问题1：浸入水中的铁块是否受到浮力?
问题2：浮力大小与哪些因素有关?
为此他做了进一步的猜想，设计并完成了如图所示实验，
(1)(b)、(c)图中弹簧测力计示数均小于(a)图中弹簧测力计示数，说明浸入水中的铁块__(选填 “受到”或“不受到”)浮力；
(2)做___(选填字母)两次实验，是为了探究铁块浸没在水中时所受浮力大小与深度是否有关；
(3)做(d)、(e)两次实验，是为了探究浮力大小与 __的关系。

解析(1)物体在水中时受到水向上托的力，因此示数会变小。
(2)研究浮力与深度的关系时，应保持V_排和ρ_液不变，改变深度。
(3)在V_排不变时，改变ρ_液，发现浮力大小改变，说明浮力大小与ρ_液有关。
答案(1)受到(2)(c)、(d)(3)液体密度

公式法求浮力:
     公式法也称原理法，根据阿基米德原理，浸入液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力(表达式为：F_浮=G_排=ρ_液gV_排)。此方法适用于所有浮力的计算。
例1一个重6N的实心物体，用手拿着使它刚好浸没在水中，此时物体排开的水重是10N，则该物体受到的浮力大小为____N。
解析由阿基米德原理可知，F_浮=G_排=10N。
答案10

实验法探究阿基米德原理:
     探究阿基米德原理的实验，就是探究“浮力大小等于什么”的实验，结论是浮力的大小等于物体排开液体所受的重力。实验时，用重力差法求出物体所受浮力大小，用弹簧测力计测出排开液体重力的大小，最后把浮力与排开液体的重力相比较。实验过程中注意溢水杯中的液体达到溢口，以保证物体排开的液体全部流入小桶。
例1在探究“浮力大小等于什么”的实验中，小明同学的一次操作过程如图所示。

(1)测出铁块所受到的重力G铁；
(2)将水倒入溢水杯中；
(3)把铁块浸入溢水杯中，读出弹簧测力计示数F；
(4)测出小桶和被排开水的总重力G；
(5)记录分析数据，归纳总结实验结论，整理器材。
分析评估小明的实验，指出存在的问题并改正。
解析:在探究“浮力大小等于什么”的实验中，探究的结论是浮力的大小等于物体排开的液体所受到的重力，所以实验时，需要用弹簧测力计测出铁块受到的浮力和它排开水的重力进行比较得出结论，因此实验过程中需要测空小桶的重力G_桶，并且将溢水杯中的水加至溢水口处。
答案:存在的问题：
(1)没有测空小桶的重力 (2)溢水杯的水量不足
改正：(1)测空小桶的重力G_桶(2)将溢水杯中的水加至溢水口处
浮力知识梳理：
曹冲称象中的浮力知识：
   例曹冲利用浮力知识，巧妙地测出了大象的体重。请你写出他运用的与浮力有关的知识_____、 ____，另外，他所用到的科学研究方法是：_____和______.

   解析:曹冲称象的过程是首先把大象放在船上，在水面处的船舷上刻一条线，然后把大象牵上岸。再往船上放入石块，直到船下沉到船舷上的线再次与水面相平时为止，称出此时船上石头的质量即为大象的质量。两次船舷上的线与水面相平，根据阿基米德原理可知，为了让两次船排开水的体积相同，进而让两次的浮力相同，再根据浮沉条件，漂浮时重力等于浮力可知：船重+大象重=船重+石头重，用多块石头的质量替代了不可拆分的大象的质量，这是等效替代法在浮力中的一个典型应用。

   答案:浮沉条件阿基米德原理等效替代法化整为零法

考点名称：密度的计算

公式：
密度的公式：ρ=m/V(ρ表示密度、m表示质量、V表示体积)

密度公式变化：m=ρV、V=m/ρ
正确理解密度公式：
理解密度公式时，要注意条件和每个物理量所表示的特殊含义。从数学的角度看有三种情况（判断正误）：

1. 同种物质:
（1）ρ一定时，m和V成正比；（因为ρ=m/V，ρ一定，m增大，V也增大，所以成正比）
（2）m一定时，ρ与V成反比；（因为m=ρv,m一定，v增大，ρ变小，所以成反比）
（3）V一定时，ρ与m成正比。
结合物理意义，三种情况只有（1）的说法正确，（2）（3）都是错误的。
因为同种物质的密度是一定的，它不随体积和质量的变化而变化，所以在理解物理公式时，不可能脱离物理事实，不能单纯地从数学的角度理解物理公式中各量的关系。

2. 不同物质:
（1）具有不同物质的物体，在体积相同的情况下，密度大的质量也大，物体的质量跟它的密度成正比；
（2）具有不同物质的物体，在质量相同的条件下，密度大的体积反而小，物体的体积跟它的密度成反比。

考点名称：重力的计算

重力的计算公式：
物体所受的重力跟它的质量成正比，g=，G=mg。（g=9.8N/g）

重力与质量的区别和联系：

		质量	重力
区别	概念	物体所含物质的多少	由于地球吸引而使物体受到的力
	符号	m	G
	量性	只有大小，没有方向	既有大小，又有方向
	单位	千克（kg）	牛顿（N）
	与地理位置的关系	与位置无关	与位置有关
	公式	m=ρV	G=mg
	测量工具	天平	测力计
联系	重力与质量的关系是G=mg（g=9.8N/kg）

重力加速度：
重力加速度g的方向总是竖直向下的。在同一地区的同一高度，任何物体的重力加速度都是相同的。重力加速度的数值随海拔高度增大而减小。当物体距地面高度远远小于地球半径时，g变化不大。而离地面高度较大时，重力加速度g数值显著减小，此时不能认为g为常数。
距离地面同一高度的重力加速度，也会随着纬度的升高而变大。由于重力是万有引力的一个分力，万有引力的另一个分力提供了物体绕地轴作圆周运动所需要的向心力。物体所处的地理位置纬度越高，圆周运动轨道半径越小，需要的向心力也越小，重力将随之增大，重力加速度也变大。地理南北两极处的圆周运动轨道半径为0，需要的向心力也为0，重力等于万有引力，此时的重力加速度也达到最大。

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