浮力实验考题分类备考策略

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浮力实验是中考的常考点，而对教材实验的拓展、延伸或创新，则是中考命题的热点，考题一般侧重于猜想与设计、方法与过程、分析与论证等科学探究要素，着重考查实验技能、科学探究能力和创新能力。解答浮力实验考题，要掌握称重法测浮力的原理方法；应用控制变量法，分析处理实验数据、现象，归纳概括实验结论；理解、应用有关图象；应用学过的实验原理、方法和仪器设计实验方案等。现将浮力实验考题归类例析如下，以供复习备考参考。

一、探究浮力的大小跟哪些因素有关

通过实验探究决定浮力大小的因素，考题一般限于教材实验范畴或略有拓展，常以操作图呈现实验情景，涉及选择器材、设计数据表格、称重法测浮力、实验数据分析处理、F～h图象及其应用等。

要弄清图示情景所呈现的实验方法与操作步骤、实验现象及有关测量数据，比较相关操作图的异同，应用控制变量法，分析解答相关问题。

例1.已知浮力的大小与液体密度和物体排开液体的体积有关，为了探究“浮力的大小与物体排开液体体积的关系”，所用的实验器材有：重力为2 N、体积为60 cm3的柱状物块一个，装有适量水的大量筒一个，规格不同的甲（量程为0～2.5 N，分度值为0.05 N）、乙（量程为0～5 N，分度值为0.2 N）两个弹簧测力计。

（1）实验中，量筒里的水要“适量”，水“适量”的标准是（）

A.水的体积至少600 cm3

B.物块一半的体积能浸在水中即可

C.物块能够浸没在水中即可

D.能测出物块排开液体最大的体积，且物块没接触到量筒底部

（2）请分析说明应该选取哪个弹簧测力计进行实验。

（3）画出实验记录数据的表格，表中要有必要的信息。

解析：根据探究目的确定水“适量”的标准；分析所测量的最大力并结合测量的精确性选择弹簧测力计；依据控制变量法设计数据记录表。

（1）探究F浮与V排的关系，量筒里的水应确保能测出物块排开液体的最大体积，且物块不能接触到量筒底部。答案：D。

（2）物块重力为2 N，弹簧测力计示数F=G-F浮，故两弹簧测力计均符合要求；但由于簧测力计的分度值越小，测量越精确，故应选择甲弹簧测力计。答案：物块浸入水中时，弹簧测力计的示数等于重力和浮力之差，小于2 N，应该选规格为甲的弹簧测力计。

（3）实验记录数据的表格内容应反映实验探究过程、所测的物理量及测算结果。实验中，应控制液体密度ρ不变，改变物体排开液体的体积V排，测出物体的重力G，读出与V排对应的弹簧测力计的示数F、算出浮力F浮，由此可确定表格栏目；探究性实验需进行多次实验，栏目中还应有实验次数；所测物理量须用相应的字母符号表示，并有单位；表中有些栏目的信息已知，应在表中填充。

F浮/N123456水相同1020304050602例2.如图1所示，用改进后的实验装置探究“浮力大小与哪些因素有关”，将盛有适量水的烧杯放置在升降台上，使升降台逐渐上升。

图1（1）物体完全浸没在水中时，所受的浮力大小为N。

（2）图丙中能正确反映水面刚好接触物体下表面开始到图乙所示位置时，弹簧测力计示数F与升降台高度h关系的图象是。

解析：根据称重法求出浮力大小；分析升降台高度h与物体浸在液体的体积的关系，由弹簧测力计示数F与升降台高度h的关系确定相应的图象。

（1）弹簧测力计的分度值为0.2 N，甲图中弹簧测力计称物体的重力，示数为2 N+1×0.2 N=2.2 N，即G=2.2 N；乙图中物体完全浸没在水中，示数为1 N+4×0.2 N=1.8 N，故物体完全浸没在水中时所受的浮力：F浮=G-F=2.2 N-1.8 N=0.4 N。

（2）水面未接触物体下表面时，弹簧测力计示数F=G。水面刚好接触物体下表面开始到图乙所示位置的过程中，升降台高度h增加，物体逐渐浸入水中；物体浸没前，浸在水中的体积V浸随着h的增加而增大，物体所受的浮力F浮亦随之增大，则测力计示数F=G-F浮逐渐减小；物体浸没后，h增加而V浸不变，F浮不变，则测力计示数F=G-F浮不变；可见在此过程中，测力计示数F随h的增加先减小后不变。答案：B。

例3.在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”时，同学们提出了如下的猜想：

A.可能跟物体浸入液体的深度有关；

B.可能跟物体的重力有关；

C.可能跟物体浸入液体的体积有关；

D.可能跟液体的密度有关。

为了验证上述猜想，李明做了如图2所示的实验：他在弹簧测力计下端挂一个铁块或铜块，依次把它们缓缓地浸入水中不同位置，在这一实验中：

图2（1）铁块从位置③④的过程中，弹簧测力计的示数减小，说明铁块受到浮力（填“变大”“变小”或“不变”），可以验证猜想是正确的。

（2）从位置④⑤的过程中，弹簧测力计的示数不变，说明铁块受到的浮力不变，可以验证猜想是错误的。

（3）分析比较实验①⑤与②⑥，可以验证猜想是错误的。

（4）分析比较实验可得：浸在液体中的物体所受浮力的大小与液体的密度有关。

（5）该实验探究主要运用的科学探究方法是：。

解析：分析图示情景中相关操作步骤的不变量和变量，应用控制变量法分析解答。

（1）铁块从位置③④的过程中，液体密度不变，铁块浸入水的体积增加，弹簧测力计示数减小，铁块受到的浮力F浮=G-F变大，可以验证猜想C是正确的。

（2）从位置④⑤的过程中，铁块浸没在水中，深度增加，测力计示数不变，铁块受到的浮力F浮=G-F不变，说明铁块受到的浮力与浸入液体的深度无关，可以验证猜想A是错误的。

（3）比较实验①⑤与②⑥可知，铁块与铜块的重力不同，铁块受到的浮力F铁浮=G铁-F铁=3.0 N-1.0 N=2.0 N，~块受到的浮力F铜浮=G铜-F铜=4.0 N-2.0 N=2.0 N，F铁浮=F铜浮，说明浮力的大小与物体的重力无关，可以验证猜想B是错误的。

（4）探究浮力的大小与液体的密度的关系，应控制同一物体浸入液体的体积不变，而使液体的密度不同，符合要求的是实验⑥⑦。

（5）该实验探究主要运用的科学探究方法是控制变量法。

【点拨】（1）称重法测浮力：①原理：物体在液体中受到重力G、浮力F浮和弹簧测力计对它的拉力F的作用，根据平衡力知识可知，F浮=G-F；②方法：用弹簧测力计测量，先测出物体所受的重力G，再读出物体浸在液体中时弹簧测力计的示数F，由F浮=G-F求出浮力。

（2）应用控制变量法探究浮力：①控制液体密度ρ液和物体浸入液体的深度h不变，探究F浮与物体浸在液体中的体积V浸的关系；②控制ρ液和V浸不变，探究F浮与h的关系；③控制h和V浸不变，探究F浮与ρ液的关系。

（3）设计实验记录数据表格：操作步骤及其测量（记录）的量、测算结果等决定表格的列（栏目），实验次数决定表格的行；测量量要标明相应的字母符号及单位。

二、探究浮力跟排开液体所受重力的关系

通过实验探究阿基米德原理，考题常以操作图呈现实验情景，涉及称重法测浮力、实验数据分析处理、图象及其应用、教材实验的拓展延伸等。

要弄清图示情景所呈现的实验过程、现象及有关测量数据；利用称重法测出浮力F浮，用溢水杯和弹簧测力计测出物体排开液体所受的重力G排，比较F浮与G排的大小关系，得出结论；应用浮力等知识，分析解答相关问题。

例4.如图3所示，图A、B、C、D、E是“探究浮力大小跟排开液体所受重力的关系”实验的五个步骤。图3（1）两步骤可计算出圆柱体物块浸没在水中时受到的浮力F浮=N。两步骤可得出物块排开水所受的重力G排。比较F浮与G排，可以得到浮力的大小跟物块排开水所受重力的关系。

（2）如图4所示是圆柱体物块从水面缓慢浸入水中时，根据实验数据描绘出弹簧测力计示数F随物块浸入深度h变化的关系图象。

图4分析图象可得：当物块没有浸没之前，h增大时，弹簧测力计示数（填“变大”“变小”或“不变”）。当h=4 cm时，物块所受的浮力为N，浸没后，h继续增大时，弹簧测力计示数为N，该圆柱体物块的高度是cm。

解析：由图示情景弄清实验过程与现象，根据要求确定相应的步骤；根据图线对应的物理过程、图象信息分析解答。

（1）图B中，用弹簧测力计称物块的重力，其分度值为0.2 N，物块的重力为G=4.2 N；图D中，物块浸没在水中，测力计示数为F=3 N，物块受到的浮力为F浮=G-F=4.2 N-3 N=1.2 N。故BD两步骤可计算出圆柱体物块浸没在水中时受到的浮力为F浮=1.2 N。

物块排开水所受的重力G排等于桶和排开水的总重减去空桶的重。图A中，用弹簧测力计称空桶的重力；E图中，用弹簧测力计称桶和排开水的总重；故AE两步骤可得出物块排开水所受的重力G排。

（2）由图象可以看出，当物块在浸没之前，即物块浸入的深度h

例5.小明所在学习小组在验证“阿基米德定律”的实验中，选择溢水杯、水、弹簧测力计、铁块、小桶、细线等器材进行实验，如图5甲所示，具体操作步骤如下：

A.测出铁块所受重力G；

B.测出空桶所受重力G1；

C.将溢水杯中装满水；

D.把挂在弹簧测力计下的铁块浸没在水中，让溢出的水全部流入小桶中，读出弹簧测力计示数F；

E.测出小桶和被排开水的总重G2；

F.记录分析数据，归纳总结实验结论，整理器材。

图5（1）以上步骤中，若得到（填写题中对应数据的字母），说明验证实验是成功的。

（2）若想测量小木块所受浮力和体积的大小，学习小组设计如图5乙的实验：现将小木块挂在弹簧测力计下，弹簧测力计示数为F1，再将定滑轮用吸盘固定在烧杯底（滑轮质量不计），弹簧测力计通过定滑轮拉着木块浸没在水中静止时，示数为F2，其中定滑轮的作用是，此时木块所受浮力F浮=，木块的体积V木=（用字母表示）。

解析：利用实验测量量推导出F浮=G排的关系式；根据定滑轮的特点分析其作用；根据平衡力和阿基米德原理推导出木块所受的浮力及其体积的表达式。

（1）由称重法测浮力可知，铁块受到的浮力：F浮=G-F；

排开水的重力G排等于桶与水的总重力G2减去空桶的重力G1，即G排=G2-G1；

若得到F浮=G排，即G-F=G2-G1，则说明验证实验是成功的。

（2）根据定滑轮的特点可知，定滑轮的作用是：改变力的方向。

将木块挂在弹簧测力计下，示数为F1，即木块的重力为F1；弹簧测力计通过定滑轮拉木块，其示数F2即为对木块的拉力；木块浸没水中时木块共受到重力、拉力、浮力三个力的作用，根据平衡力可知，浮力：F浮=F1+F2；由阿基米德原理F浮=G排=ρ水gV排可知，木块的体积：V木=V排=F浮ρ水g=F1+F2ρ水g。

③塑料块B受到的浮力F浮=F1-F2，重力为G，故满足F1-F2>G条件时，物体上浮。

【点拨】选择器材的思路方法：①依据探究目的选择，如例1，探究F浮与V排的关系，量筒中的水量应确保能测出物块排开液体的最大体积，且物块不能接触到量筒底部；②依据测量精确性选择，如例1，弹簧测力计应能测出所测的最大力，且分度值应最小；③依据实验要求选择，如例7，要求确定塑料块的浮力大小，须借助铁块所受的浮力，故选择与铁块体积相等的塑料块，此时塑料块受到的浮力等于铁块受到的浮力。

五、测密度

利用浮力知识测量液体或固体的密度，属于创新性实验。测量方法，一是利用弹簧测力计等器材，应用阿基米德原理测密度；二是利用量筒等器材，应用物体的浮沉条件测密度。

例8.小云同学在学习了“阿基米德原理”后，发现用弹簧测力计也可以测出液体的密度。

（1）下面是他设计测量盐水密度的实验步骤：

图8①如图8甲，把一个合金块用细线悬挂在弹簧测力计的挂钩上，测出合金块的重力G=4.0 N；

②如图8乙，将挂在弹簧测力计挂钩上的合金块浸没在盐水中，记下弹簧测力计的示数F=N；

③计算合金块浸没在盐水中所受到的浮力F浮=N；

④根据阿基米德原理计算该盐水的密度ρ=kg/m3。（ρ合金=8.0×103 kg/m3、g取10 N/kg）

（2）实验完成后，小云同学继续思考：如果在步骤（2）中合金块只有部分浸入盐水中（如图8丙），则按上述步骤测出的盐水密度比真实值要（填“偏大”或“偏小”）。

解析：应用阿基米德原理，利用弹簧测力计和合金块等测液体密度。测出合金块的重力，由G=mg和密度公式ρ=mV的变形式可求出其体积，即可得到合金块浸没时排开液体的体积；利用称重法求出浮力；根据阿基米德原理算出液体的密度。

（1）②由图乙可知，弹簧测力计的分度值为0.2 N，合金块浸没在水中，弹簧测力计示数为F=3.4 N。

③合金块浸没在盐水中所受到的浮力等于物体的重力减去物体在液体中弹簧测力计的示数，即合金块所受浮力：F浮=G-F=4.0 N-3.4 N=0.6 N。

④合金块的质量：

m=Gg=4.0 N10 N/kg=0.4 kg

合金块的体积即合金块排开盐水的体积：

V=V排=mρ合金=0.4 kg8.0×103 kg/m3

=5×10-5 m3

盐水的密度：

ρ盐水=F浮V排g=0.6 N5×10-5 m3×10 N/kg

=1.2×103 kg/m3。

（2）由丙图可知，当合金块只有部分浸入盐水中时，测量的浮力偏小，根据ρ盐水=F浮V排g可知，按上述步骤测出的盐水密度比真实值要偏小。

例9.某同学准备用弹簧测力计、烧杯、水、吸盘、滑轮、细线来测量木块（不吸水）的密度。

图9（1）如图9甲所示，木块所受的重力为N。

（2）如图9乙所示，将滑轮的轴固定在吸盘的挂钩上，挤出吸盘内部的空气，吸盘在的作用下被紧紧压在烧杯底部。如图9丙所示，在烧杯中倒入适量的水，用细线将木块拴住，通过弹簧测力计将木块全部拉入水中，此时弹簧测力计示数为0.4 N，如果不计摩擦和细线重，木块受到的浮力为N，木块的密度为kg/m3。（ρ水=1.0×103 kg/m3）

（3）如果将图9丙烧杯中的水换成另一种液体，重复上述实验，此时弹簧测力计示数为0.2 N，则该液体的密度为kg/m3。

解析：应用阿基米德原理，利用弹簧测力计和定滑轮等测小于液体密度的固体的密度，滑轮的作用是让木块浸没于水中。测出木块的重力；根据平衡力的知识求出浮力；根据阿基米德原理算出木块的体积；由重力公式和密度公式的变形式算出木块的密度。

（1）弹簧测力计的分度值为0.2 N，弹簧测力计的示数即木块的重力为0.6 N。

（2）吸盘在大气压的作用下被紧紧压在烧杯底部；木块浸没水中时受到重力、拉力、浮力三个力的作用，根据平衡力知识可知，木块受到的浮力：F浮=G+F示=0.6 N+0.4 N=1 N。

木块的体积：

V木=V排=F浮ρ水g

=1 N1.0×103 kg/m3×10 N/kg=10-4 m3

木块的密度：

ρ木=GV木g=0.6 N10-4 m3×10 N/kg

=0.6×103 kg/m3

（3）将烧杯中的水换成另一种液体时，木块受到的浮力：

F浮'=G+F示'=0.6 N+0.2 N=0.8 N

液体的密度：

ρ液=F浮′V排g=0.8 N10-4 m3×10 N/kg

=0.8×103 kg/m3。

例10.小明想测出小木块（密度比水的小，表面经处理后不吸水）的密度。除了此木块，老师还给他提供了如下器材：与木块体积相同的铜块，足够大的量筒和足量的水（已知水的密度为ρ水）。请你仅利用上述器材帮他设计测量这个木块密度的实验方案，要求：

（1）写出实验步骤及所需测量的物理量；

（2）写出木块密度的数学表达式（用已知量和测量量表示）。

解析：应用漂浮条件，利用量筒等测量固体密度。利用排水法测得铜块的体积，因木块与铜块的体积相同，则可得到木块的体积；再利用漂浮条件求出木块的重力，则可得到木块的质量；由密度公式ρ=mV推导出木块密度的表达式。

（1）验步骤：

①向量筒内加入适量的水，记下量筒内水的体积V0；

②将铜块缓慢放入量筒内水中，记下此时水和铜块的总体积V1；

③再将木块轻轻放入量筒内水中，待木块静止处于漂浮状态时，记下此时总体积V2。

（2）由漂浮条件可知，木块漂浮时，G=F浮=ρ水gV排=ρ水g（V2-V1）

木块的质量：m=Gg=ρ水g（V2-V1）g=ρ水（V2-V1）

木块的体积：V=V1-V0

木块的密度：ρ=mV=ρ水（V2-V1）V1-V0=V2-V1V1-V0・ρ水。

【点拨】（1）实验步骤的设计：依据实验原理、实验方法，确定先测什么、后测什么、怎样测以及相应的记录的物理量，设计制定出简单、合理、完整、便于操作的实验过程与步骤。

（2）实验步骤的表述：①按实验的先后顺序，以一个重要的操作或测量某一个物理量为一步，不宜在一步中进行很多的操作或测量许多的物理量；②在每一步骤中要表述清楚实验的特别注意点或要怎样操作、操作到什么程度等；③实验步骤要简洁、清楚、有条理，表达到位。