探究浮力的大小与哪些因素有关

实验目标

1.练习用“称重法”测量物体在水中受到的浮力。

2.探究浮力的大小与液体密度、物体排开液体的体积和深度的关系。

3.探究浮力的大小。

实验仪器

弹簧测力计一个、烧杯两个、水、小烧杯一个、长金属块一条、石块、溢杯一个、鸡蛋一个、食盐若干、细线若干。

过程与方法

实验方案

用“称重法”测量石块在水中受到的浮力和探究石块所受浮力大小的影响因素,并比较石块放入溢杯后排出水的重力与石块所受浮力的大小关系。

实验过程

1.用“称重法”测量石块在水中受到的浮力。

(1)在空气中称石块重,如图18-1(a)所示,弹簧测力计的示数G=________N。

(2)将石块浸没在水中称重,但不接触烧杯底,如图18-1(b)所示,弹簧测力计的示数F=______N。

(3)则石块受到水的浮力大小F浮=______=______N。

图18-1

图18-2

2.探究浮力的大小与液体密度是否有关。

(1)把鸡蛋放在烧杯的清水中,如图18-2(a)所示,观察鸡蛋在水中静止时的位置情况。

(2)往烧杯的清水中加盐,如图18-2(b)所示,不断搅拌后,观察鸡蛋在盐水中静止时的位置变化情况。

(3)可观察到鸡蛋在盐水中的位置比在水中的位置______。

(4)通过对比实验可得到的初步结论是:浮力的大小与液体密度______,液体的密度越大,浮力______。

3.探究浮力的大小与物体排开液体的体积是否有关。

(1)用弹簧测力计吊着长金属块,将它渐渐浸入烧杯中的水中,如图18-3所示,你观察到这一过程中弹簧测力计的示数______。

(2)通过实验可得到的初步结论是:浮力的大小与物体排开液体的体积______;排开液体的体积越大,物体受到的浮力______。

图18-3

图18-4

4.探究浮力的大小与物体浸没在液体中的深度是否有关。

(1)用弹簧测力计吊着小石块,将它完全浸没在烧杯中的水中,如图18-4所示,改变小石块在水中的深度,你观察到石块在水中不同深度处时弹簧测力计的示数______。

(2)通过实验可得到的初步结论是:浮力的大小与物体浸没在液体中的深度______。

5.探究浮力的大小。

(1)如图18-5所示,用弹簧测力计分别测出物块重G物和空小烧杯重G'小杯。

图18-5

图18-6

图18-7

(2)如图18-6所示,往溢杯中加水,使水面恰好与溢杯口相平;用弹簧测力计吊着物块(石块或铁块)浸没在溢杯的水中,待水不再从溢口中流出,读出弹簧测力计的示数F'。

(3)如图18-7所示,用弹簧测力计测出小烧杯和排开水的总重力G小杯+水。

(4)将实验数据记录在下表中,并根据测量数据计算出浮力大小和物体排开水的重力并填入表中。

(5)比较分析“浮力的大小”和“物体排开的水的重力”这两列数据,你会发现:______ _____________________________________________________________________。

分析与结论

1.物体在液体中所受浮力的大小不仅与液体的______有关,还与物体排开液体的有关,而与浸没在液体中的______无关。

2.浸入液体中的物体所受浮力的大小______(选填“大于”“小于”或“等于”)物体排开的液体所受的______。这便是著名的阿基米德原理。阿基米德原理不仅适用于液体,同样适用于______。

反思与评价

根据前面的实验,观察图18-5,18-6,18-7,讨论思考下列问题:

1.浮力大小如何测量?

2.为什么要收集溢出的水?怎样使收集的水恰为排开的水?

3.用什么样的容器收集溢出的水?如何测排开的水重?

4.怎样安排实验顺序最为合理,为什么?

延伸与拓展

有同学猜想浮力的大小还可能与物体的密度、物体的形状等因素有关,请从中选择一种猜想并用实验验证猜想。

1.你选择验证的猜想是:浮力的大小可能与有关______。

2.除了弹簧测力计、水、烧杯、细线外,要验证你的猜想至少还需要的实验器材有: ________________________________________________________________________。

3.简述你的实验方法:______________________________________________________ ________________________________________________________________________。

自我测验

1.认识浮力的探究实验过程。

(1)将物体悬挂在弹簧测力计的下端,如图18-8(a)所示,则物重G=______N。

(2)当用手向上托物体时,如图18-8(b)所示,则手对物体向上托力F=______N。

(3)当物体浸入水中后,如图18-8(c)所示,则水对物体的浮力F浮=______N。

图18-8

2.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.可能与物体浸没在液体中的深度有关

B.可能与物体的密度有关

C.可能与物体的体积有关

D.可能与物体浸没在液体中的体积有关

E.可能与液体的密度有关为了验证上述猜想,小明利用下列器材做了如图189所示的实验。器材:体积相等的铁块、铜块,弹簧测力计,一杯水,一杯盐水,细绳。

图18-9

(1)分析比较图(a)(c)(d)所示的实验,可以验证猜想是______正确的;分析比较图(a)(d)(e)所示的实验,可以验证猜想______是错误的。(均选填“A”“B”“C”“D”或“E”)

(2)分析比较图(a)(e)与(b)(f)所示的实验,可以验证猜想______(选填“A”“B”“C”“D”或“E”)是错误的。

(3)分析比较图______所示的实验可得:浸在液体中的物体所受浮力的大小与液体的密度有关。

(4)该实验探究主要运用的科学探究方法是:______。

3.小明帮爷爷浇菜园。他从井中提水时发现盛满水的桶露出水面越多,提桶的力就越大。由此他猜想:浮力大小可能与物体排开液体的体积有关。于是他找来一个金属圆柱体、弹簧测力计和烧杯等器材进行了如图18-10所示的探究。

图18-10

(1)分析图18-10中弹簧测力计示数的变化可知,物体排开液体的体积越大,所受的浮力______。

(2)实验结束后,小明绘制了弹簧测力计对金属圆柱体的拉力和金属圆柱体所受浮力随浸入液体深度变化的曲线,如图18-11所示。(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)分析图像可知:

①曲线______(选填“甲”或“乙”)描述的是金属圆柱体所受浮力的变化情况。

②该金属圆柱体所受的重力为N,浸没在水中时金属圆柱体所受的浮力为______N,金属圆柱体的密度为______kg/m3。

图18-11

(3)爷爷鼓励小明对“浸在液体中的物体所受浮力大小是否与液体的密度有关”这一问题进行探究。请你帮小明选择合适的器材,并写出实验步骤。

实验器材:

实验步骤:

4.在探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验中,某小组同学用如图18-12所示的装置,将同一物体分别逐渐浸入到水和酒精中,为了便于操作和准确收集数据,用升降台调节溢杯的高度来控制物体排开液体的体积。他们观察并记录了弹簧测力计的示数及排开液体的体积,实验数据记录在下表中。

图18-13

图18-12

(1)分析表中数据,实验所用物体的重力为______N,第1次实验中物体所受的浮力F浮=______N。

(2)分析比较实验序号1、2和3(或4、5和6)可初步得出的结论:当液体的种类相同时,排开液体的体积越______,浸在液体中的物体受到的浮力越大;分析比较实验序号______可初步得出的结论:当排开液体的体积相同时,液体密度越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大。

(3)请你计算出第1次实验中物体排开水受到的重力G排=______N。通过比较每次实验中物体受到的浮力和它排开液体的重力的关系,还可以验证______原理。

(4)本实验在探究“浮力的大小与哪些因素”有关时,选用了不同液体并进行了多次实验,其目的是为了______(选填字母序号)。

A.寻找普遍规律 B.取平均值减小误差

(5)实验中小明同学观察到将同一个物体浸没在密度越大的液体中时,弹簧测力计的示数越______。于是他灵机一动,在弹簧测力计下挂一个重1.5N的物块,如图18-13(a)所示。当他把物块浸没在水中时,如图18-13(b)所示,弹簧测力计的示数为0.5N,他就在0.5N处对应标上1.0g/cm3的字样,当他把物块浸没在酒精中时,如图18-13(c)所示,应该在弹簧测力计刻度盘的N______处对应标上0.8g/cm3的字样,聪明的他就将此弹簧测力计改装成了一个能测液体密度的密度计。

答案与点拨

过程与方法

2.(3)高 (4)有关 越大 3.(1)逐渐变小 (2)有关 越大 4.(1)保持不变 (2)无关5.(5)物体受到的浮力大小与物体排开水的重力大小相等

分析与结论

1.密度 体积 深度 2.等于 重力 气体

反思与评价

1.浮力的大小可用“称重法”测量,即浮力的大小等于物体在空气中的重力减去物体浸入水中时弹簧测力计的示数。 2.溢出的水为排开的水。 把溢杯调整至刚好能溢出水来的状态,那么收集到的水恰为排开的水。 3.用空小烧杯收集溢出的水。 先测空小烧杯的重,再测小烧杯和排出的水的重,两者之差即为排开的水重。 4.按照图18-14中(a)(b)(c)(d)的顺序即可,有助于减小误差。

图18-14

延伸与拓展

1.物体密度(或物体形状) 2.两个体积相等的铜块与铁块(或两个体积相同,但形状不同的铁块) 3.用弹簧测力计分别测出两金属块浸没在水中的浮力大小,比较测量结果,如果相等则无关,否则有关(或用弹簧测力计分别测出两个体积相同,但形状不同的铁块浸没在水中的浮力大小,比较测量结果,如果相等则无关,否则有关)

自我测验

1.(1)5 (2)3 (3)3 2.(1)D A (2)B (3)(b)(f)(g) (4)控制变量法 3.(1)越大(2)①乙 ②2.7 1.0 2.7×103 (3)实验器材:金属圆柱体、弹簧测力计、烧杯、水、盐水、细线。实验步骤:①用细线拴住金属圆柱体,悬挂在弹簧测力计下,读出此时弹簧测力计的示数F。②将金属圆柱体完全浸没在清水中,读出此时弹簧测力计的示数F1。③将金属圆柱体完全浸没在盐水中,读出此时弹簧测力计的示数F2。④比较F1和F2的大小,分析得出物体所受浮力的大小是否与液体密度有关。 4.(1)2 0.5 (2)大 1、4(2、5或3、6) (3)0.5 阿基米德 (4)A (5)小 0.7