專題訓練（九）探究影響浮力大小的因素及阿基米德原理

學習目標

1.通過實驗和觀察，探究物體形狀、密度、體積以及液體密度等因素如何影響浮力大小。

2.掌握驗證阿基米德原理的實驗方法，包括實驗器材的選擇、實驗步驟的制定、實驗數(shù)據(jù)的記錄和處理等。他

們應能夠獨立完成實驗，并準確地收集實驗數(shù)據(jù)。

3.經(jīng)過實驗操作，能夠提升實驗技能，包括精確測量、正確操作實驗器材、合理設計實驗步驟等。這些技能對

于未來的科學研究和實踐應用都是非常重要的。

4.學會對實驗數(shù)據(jù)進行分析和比較，找出實驗結果與理論預測之間的關系，從而驗證阿基米德原理的正確性。

同時，他們也需要能夠分析實驗中可能出現(xiàn)的誤差，提出改進實驗方法的建議。

5.在驗證阿基米德原理的過程中，學生需要保持科學的態(tài)度，尊重實驗事實，勇于面對實驗結果與理論預測之

間的差異，并嘗試找出原因。這種科學精神是進行科學研究和探索的重要基礎。

專題解讀

一、探究影響浮力大小的因素

首先，液體的密度是影響浮力大小的關鍵因素。根據(jù)阿基米德原理，浮力的大小等于物體所排開液體的重力。因此,

液體的密度越大，物體排開相同體積的液體所受到的重力就越大，從而浮力也就越大。

其次，物體排開液體的體積也是影響浮力大小的重要因素。當物體完全浸入液體中時，它所排開的液體體積就是它

自身的體積。排開的液體體積越大，浮力也就越大。這一點可以通過觀察不同體積的物體在相同密度的液體中受到的浮

力大小來驗證。

然而，值得注意的是，浮力的大小與物體的形狀、密度、浸沒在液體中的深度以及物體在液體中是否運動等因素無

關。這是因為浮力是由液體對物體上下表面的壓力差產(chǎn)生的，而這些因素并不會改變壓力差的大小。

為了更好地理解這些影響因素，我們可以通過實驗來進行探究。例如，可以設計實驗來比較不同密度和體積的物體

在相同液體中受到的浮力大小，從而驗證液體密度和排開液體體積對浮力大小的影響。同時，也可以設計實驗來觀察物

體在液體中不同深度和運動狀態(tài)下受到的浮力大小，從而驗證其他因素對浮力大小的影響。

總之，探究影響浮力大小的因素是理解浮力概念和原理的重要途徑。通過深入學習和實踐，我們可以更好地掌握浮

力的規(guī)律和應用，為未來的科學研究和實際應用打下堅實的基礎。

二、驗證阿基米德原理

首先，我們要明確阿基米德原理的具體內(nèi)容。它指出，一個物體在靜止的液體中受到的浮力大小等于它所排開

的液體的重力。這個原理可以用公式表示為：F^G排，其中F浮表示浮力，G排表示排開液體的重力。

其次，我們需要了解如何驗證這一原理。實驗是驗證物理原理的重要手段之一。在驗證阿基米德原理的實驗中，

我們可以采用稱重法來測量浮力的大小。具體步驟包括：將物體掛在彈簧測力計下，記錄測力計的示數(shù)七；將物體

浸入液體中，記錄此時測力計的示數(shù)F2；根據(jù)兩次示數(shù)的差值計算出物體所受的浮力F^Fi-Fz。同時，我們還需要

測量物體排開液體的重力G排，可以通過測量排開液體的質量和重力加速度來計算。

在實驗中，我們會觀察到浮力的大小與排開液體的重力相等，從而驗證了阿基米德原理的正確性。這一原理不

僅適用于液體，也適用于氣體。

通過驗證阿基米德原理的實驗，我們可以深入理解浮力的產(chǎn)生原因和影響因素。同時，這一原理在實際應用中

也具有重要意義。例如，在船舶設計、潛水器浮沉控制、浮力測量等方面都需要應用阿基米德原理。

總之，驗證阿基米德原理是理解浮力概念和原理的重要途徑。通過實驗和理論相結合的方法，我們可以深入探

究浮力的本質和應用，為未來的科學研究和實際應用提供有力的支持。

考向一：探究影響浮力大小的因素

1.（2023?湖北十堰?統(tǒng)考中考真題）如圖是小青"探究浮力大小跟哪些因素有關"的實驗，彈簧測力計示數(shù)的大

小關系是：4>￡>6.

甲乙丙丁

（1）乙圖中物塊受浮力大小的表達式，F(xiàn)浮乙=;

（2）小青比較甲、乙、丙三圖，得出浮力大小與深度有關的結論，有同學指出這個結論不可靠，原因是;

（3）如果實驗中水的密度大于液體的密度，則彈簧測力計示數(shù)大小關系應滿足瑪"（選填"大于"、"等

于"或"小于"）O

【答案】片一月沒有控制物體排開液體的體積相同小于

【解析】（1）田甲圖中物體的重力大小等于片，乙圖中彈簧測力計對物體的拉力大小為巴，根據(jù)稱重法物塊

受浮力大小的表達式

F諄=F、—外

(2)⑵比較甲、乙、丙三圖可知，液體的密度不變，金屬塊排開的液體的體積不同，由于沒有控制物體排開

液體的體積相同，所以不能探究浮力大小與深度的關系，因此，結論不可靠。

(3)⑶丙、丁兩圖物體全部浸沒，排開液體體積相同，由于

P水＞P浪

根據(jù)%=0液g%可知

4孚水＞4孚液

根據(jù)/=G-與可知，在水中受到的浮力

4字水=耳—鳥

在某液體中受到的浮力

4字液=K-F4

則

片-瑪＞￡-瑞

因此

乙

2.(2023?黑龍江哈爾濱?統(tǒng)考中考真題)在探究“浮力大小與什么因素有關"實驗中：

(1)東寶測量物體A在水中所受浮力的方法如圖，由圖可知，物體受到的重力為N,物體受到的浮力為

N,浮力的方向是;

(2)偉鵬同學在實驗中獲得如下的數(shù)據(jù)，分析表中的數(shù)據(jù)能否得到浮力大小與物體排開液體體積的定量關系?

若能，請寫出主要分析過程(可省略計算步驟)及結論；若不能，請說明理由.

實驗次數(shù)浮力七/N液體密度外(g/cn?)排開液體體積/E/cm3

10.40.850

20.90.9100

30.51.050

42.21.1200

50.61.250

【答案】31豎直向上見解析

【解析】（［）［1］彈簧測力計的分度值是0.2N,稱量物體A的質量時彈簧測力計的指針指在3.0處，即物體受

到的重力為3N。

⑵將A浸沒到水中后，彈簧測力計的示數(shù)變?yōu)?N,則物體受到的浮力

F存=3N-2N=1N

⑶浮力的方向豎直向上。

（2）⑷由表中數(shù)據(jù)能得到浮力大小與物體排開液體體積的定量關系，推導過程如下：

①由1、3、5三次實驗數(shù)據(jù)可知

稀=%3=曝5=50cm

由阿基米德原理可得

^=^=^=5xlO-4m3-N/kg

「液I。液3夕液5

可得結論：物體排開液體的體積相同時，物體所受到的浮力大小與液體的密度成正比。由此結論可得，若第2

次實驗液體的密度為1.0g/cm"則瑁2=LON。若第4次實驗液體的密度為l.Og/cm',則埸4=2.0N。

③由第3次實驗數(shù)據(jù)及②中的兩組數(shù)據(jù)可知

夕液3=-2=或4=1Qg/城

由阿基米德原理有如下關系式

^=^=^=1.0xl04N/m3

%3%2%

可得結論：液體密度相同時，物體所受浮力大小與物體排開液體的體積成正比。

3.（2023?甘肅蘭州?統(tǒng)考中考真題）小剛游泳時發(fā)現(xiàn)，人從淺水區(qū)走向深水區(qū)的過程中所受浮力逐漸變大。于

是他猜想浮力的大小可能與物體浸在液體中的深度有關。為了驗證自己的猜想是否正確，他設計并完成了如圖甲所

示的實驗，并將詳細的實驗數(shù)據(jù)記錄在表格中。

「

」

O

-h0

-=0

」

1--1-」

-=--

00---1

---2-o0

--I23--E---

1--1---2-

---33.4N-Z1=1

--4-E-.-二

2--2--3-

4二

--4-I-E-22

--5--二

---=-4Z2N

33三

-,6N-5-

-IE.-3二3

廣

4-4-V-5-阿

-二

-44

-二

5-5-

-二

C5二5z8

丁

z4

z0

L6

L2

8

os.4

45679om

/z/c

乙

物塊下表面所處深度h/cm0123456789

彈簧測力計示數(shù)尸/N4.64.23.83.43.02.62.22.22.22.2

物塊所受浮力尸JN00.40.81.62.02.42.42.42.4

(1)表格中所缺數(shù)據(jù)為，請在圖乙中畫出浮力大小尸治物塊下表面所處深度力之間的關系圖

像;

(2)分析上述實驗，請解釋人從淺水區(qū)走向深水區(qū)時浮力為什么會變大？。；

(3)由圖B和表中數(shù)據(jù)可知，物塊下表面受到水的壓強為Pa(AK=l-0xl03kg/m3)；

(4)為了繼續(xù)探究浮力的大小是否與液體密度有關，他應該采取的操作是：o

012345678910切cm

【解析】(1)⑴由表中數(shù)據(jù)可知，深度為零時，彈簧測力計的示數(shù)是4.6N,物體的重力G=4.6N,當物塊下表

面深度是3cm時，彈簧測力計的示數(shù)是3.4N,物塊受到的浮力

F浮=G-F=4.6N-3.4N=1.2N

⑵由表中數(shù)據(jù)，利用描點法畫出浮力和物塊下表面深度的關系圖像，如圖所示:

（2）⑶由表中數(shù)據(jù)可知，物塊沒有全部浸入液體中，物塊下表面深度越大，即排開液體的體積越大，受到的

浮力越大，人從淺水區(qū)走向深水區(qū)時，人排開水的體積在增大，人受到的浮力增大。

（3）⑷圖B中彈簧測力計的示數(shù)是3.4N,由表中數(shù)據(jù)可知物塊下表面的深度是3cm,物塊下表面受到水的壓

強為

33

p=p水gh=1x10kg/mx1ON/kgx0.03m=300Pa

（4）⑸若要探究物塊所受浮力大小是否與液體密度有關，需改變液體的密度，要增加的器材是鹽水，可將物

塊完全浸沒在裝有鹽水的杯中，觀察彈簧測力計的示數(shù)，與圖D比較得出結論。

4.（2023?黑龍江?統(tǒng)考中考真題）如圖所示是物理興趣小組探究"影響浮力大小的因索”的實驗，根據(jù)他的實驗

探究數(shù)據(jù)，請你回答下列問題：（/＞次=1.0xl03kg/m3）

,6N

液體

ABCDE

（1）由圖可知物體浸沒在水中受到的浮力尸后N；

（2）由圖ACD可知，浮力大小與物體浸沒深度（選填"無關"或"有關"）；

（3）分析此實驗可得出：物體受到的浮力大小與和有關；

（4）經(jīng)進一步計算可知物體體積產(chǎn)=m3,物體的密度片kg/m3o

【答案】0.5無關液體的密度物體排開液體的體積5x10-54xl03

【解析】（1）口]由圖A可知物體的重力是2N,由圖C可知物體浸沒在水中的拉力是1.5N,物體浸沒在水中受

到的浮力

Fff=G-F3=2N-1.5N=0.5N

（2）⑵由圖ACD可知，當物體完全浸沒在水中后排開水的體積相同，在水中的深度不同，彈簧測力計示數(shù)相

同，浮力的大小相同，則浮力的大小與深度無關。

（3）[3]⑷由圖ABC可知，液體的密度不變，物體排開液體的體積不同，彈簧測力計的示數(shù)不同，浮力大小不

同，說明浮力大小與排開液體的體積有關；由ADE可知，物體排開液體的體積相同，只有液體的密度不同，彈簧測

力計的示數(shù)不同，浮力大小不同，由此可得：物體在液體中所受浮力的大小跟液體的密度有關。

（4）⑸物體的體積

F浮0.5N

=5xlO-5m3

0Kg1x1()3kg/m3x1ON/kg

⑹物體的密度

mG

2N33

"一丁一10N/kgx5xl(T5m3=4xl0kg/m

5.（2023?廣東?統(tǒng)考中考真題）在"探究浮力大小與哪些因素有關"的實驗中;

甲

（1）觀察彈簧測力計的零刻度線、和分度值；調零時，彈簧測力計應在_________（選填"豎直"或"水

平”）方向上調零；

（2）如題圖甲所示，在彈簧測力計下懸掛一個高為6cm的長方體物塊（可塑），測出重力，將它緩慢浸入水

中，記錄懸停在A、B、C、D、E這五個位置彈簧測力計的示數(shù)和深度肌請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，在圖乙中畫出物塊所受

浮力尸浮隨力變化的圖像；

（3）分析圖像可知：浸沒前，〃增加，F(xiàn)浮._________；浸沒后，〃增加，F(xiàn)注_________；（均選填"變大""變小"

或"不變"）

（4）若把此物塊捏成高為6cm的圓錐體，重復上述實驗。兩次實驗所得的尸浮隨〃變化的圖像（選

填"相同"或"不同"）；

（5）若繼續(xù)探究浮力的大小與液體密度的關系，還需添加一種材料：0

【答案】量程豎直見解析變大不變不同酒精

【解析】（1）⑴⑵使用彈簧測力計前，應該先觀察彈簧測力計的零刻度線、量程和分度值；調零時，應該在

豎直方向下拉動彈簧測力計，防止卡殼。

（2）[3]由甲圖可得，物塊重力G=1.0N,當物塊慢慢浸入水中時，在豎直方向上只受豎直向上的拉力，浮力和

豎直向下的重力作用，即

當浸入水中深度為2cm時，此時彈簧測力計的示數(shù)為0.8N,則浮力為

%=G-七=1.0N-0.8N=0.2N

同理，當深度為4cm和6cm時，浮力分別為0.4N和0.6N；當物塊完全浸入水中后，根據(jù)

F*=2遙%

隨著浸入水中的深度增加，排開水的體積保持不變，所以浮力大小保持不變，如圖所示

“斤浮/N

024681012h/cm

（3）⑷分析圖像可知，物塊浸沒前，根據(jù)

F浮=2液g除卜=P雙gSh

深度h增加，物塊排開水的體積增加，浮力變大。

⑸物塊浸沒后，根據(jù)

深度h增加，物塊排開水的體積等于物塊的體積，此時排開水的體積保持不變，浮力大小不變。

（4）⑹若把此物塊捏成高為6cm的圓錐體，物塊的高度和體積不變，但物塊在浸入水中的過程中，排開水的

體積增加的速率變小，最后浸沒水中時浮力依然會保持不變，故兩次實驗所得的F浮隨h變化的圖像會不相同。

（5）⑺若繼續(xù)探究浮力的大小與液體密度的關系，只需要增加密度不等于水的液體，重復上述實驗，形成對

比數(shù)據(jù)。

考向二：驗證阿基米德原理

6.（2022下?遼寧沈陽?八年級沈陽市第四十三中學校考期中）（一）小紅設計了如圖所示的實驗來探究"浮力

的大小跟排開液體所受重力的關系"。

5N

IN舊10.5N

丙

(1)實驗的最佳順序是;

(2)物塊A的密度為g/cm3；

(3)小紅利用上述實驗中的器材和木塊，探究"漂浮在液面上的物體所受浮力的大小是否遵循阿基米德理”，

實驗過程中步驟不需要彈簧測力計。(甲、乙、丙、丁)

(二)物理興趣小組的小明同學想到，用排水法測某實心金屬塊的密度實驗器材有小空桶、溢水杯、燒杯、量

筒和水實驗步驟如下：

①讓小空桶漂浮在盛滿水的溢水杯中，如圖甲；

②將金屬塊浸沒在水中，測得溢出水的體積為20mL,如圖乙；

③將燒杯中20mL水倒掉，從水中取出金屬塊，如圖丙；

④將金屬塊放入小空桶，小空桶仍漂浮在水面，測得此時溢出水的體積為34mL,如圖丁請回答下列問題：

(1)小明可得被測金屬塊的密度是kg/m3；

(2)圖甲、圖乙和圖丁三個相比，溢水杯對桌子的壓力是(選填"甲大"或"乙大"或"丁大"或"相等")；

(3)在實驗步驟③和④中，將沾有水的金屬塊放入小空桶，測出的金屬塊密度將(填"偏大""不變"或

"偏小")。

【答案】丁甲乙丙2乙2.7xl03乙大不變

【解析】(一)(1)⑴實驗中，應該先測出小桶的重力，再測出物體的重力，這樣測完物體重力后，就可以

直接將物體放入水中，測出小桶和物體排開水的重力。故最佳順序應該是：丁甲乙丙。

(2)⑵由圖甲可知，物體的重力G=2N,物體排開水的重力

6排二信—%=1.5N—O.5N=1N

物體排開水的體積

小排=g=G排_________IN_________

=lxl0-4m3

S2水「水g1.0xl03kg/m3xl0N/kg

物體的體積

V=V^=lxlO^m3

物體的密度

G2N

ni_g_lON/kg

=2xl03kg/m3=2g/cm3

F-F-lxl0-4m3

(3)[3]物體漂浮在水面上時，受到的浮力等于自身重力，因此測出物體重力后就可以知道漂浮時受到的浮力,

故步驟乙不用彈簧測力計。

(二)(1)[1]由圖甲和圖乙可知，金屬塊的體積

V=V排水=20mL=20cm3

圖丙中，將金屬塊取出，此時溢水杯中的水已經(jīng)減少了20cm3,距離溢水口有一定的距離，再將金屬塊放入小

空桶，又溢出了34cm3的水，則小空桶和金屬塊排開水的總體積

噎水'=20mL+34mL=54mL=54cm3

此時小空桶受到的浮力等于金屬塊的重力，等于54mL水排開水的重力，即

F淳=G=p”g=1.0xl03kg/m3xlON/kgx54xlO_6m3=0.54N

金屬塊的質量

G0.54N八…一

m=——=---------=0.054kg=54g

glON/kg

金屬塊的密度

333

/?=^=_^T=2.7g/cm=2.7xl0kg/m

(2)⑵甲、乙、丙圖中溢水杯中水是滿的，即溢水杯中水深不變，由。=pg/7可知，溢水杯底受到水的壓強

不變；圖甲中小桶漂浮在溢水杯中，溢水杯對桌面壓力

F杯+G桶+G水

乙圖中金屬塊沉入溢水杯底，由浮沉條件知G排＜G金，溢水杯對桌面壓力

Fz,=Gff+G楠+G水+G金-G排

所以F甲＜F乙；圖丁中小桶及金屬塊浮在水面，溢水杯對桌面壓力

心=6杯+6桶+G水+3金一6排,

由浮沉條件知G排'=G金，所以F丙=F甲；故乙大。

(3)[3]在實驗步驟①和②中測得的金屬塊的體積一定，在實驗步驟③和④中，將沾有水的金屬塊放入小

空桶，相當于減少了小空桶排開水的重力，增加了小空桶和金屬塊排開水的重力，而且其減少量等于增加量，故金

屬塊排開水的體積不變，所受浮力不變，則其重力、質量不變，所以根據(jù)可知，測出的金屬塊密度不變。

7.(2023下?山東德州?八年級校考階段練習)小紅設計了如圖所示的實驗來探究"浮力的大小跟排開液體所受

重力的關系"；

甲乙丙丁

(1)實驗的最佳順序是;

A.甲、乙、丙、丁

B.丁、甲、乙、丙

C.乙、甲、丁、丙

(2)圖乙中物體受到的浮力是N；通過實驗可得到的結論是：浸在液體中的物體，受到的浮力大小

等于它;

(3)設從左到右彈簧測力計的示數(shù)分別為用、B、用、F4,則可通過等式(用/八B、6、K表示)

來驗證阿基米德定律；

(4)以下情況會影響結論的是；

A.圖乙中水面未到達溢水杯的溢水口B.圖乙中物體未全部浸沒在水中

33

(5)將圖乙中的水換成酒精(pBS=0.8xl0kg/m),物體受到的浮力；(選填"變大"、"變小"或"不

變")

(6)小紅利用上述實驗中的器材和木塊，探究“漂浮在液面上的物體所受浮力的大小是否遵循阿基米德原理”,

實驗過程中步驟不需要彈簧測力計。(選填"甲"、"乙"、"丙"或"丁")

【答案】B1排開液體的重力Fi-F2=F3-F4A變小乙

【解析】(1)田為了減小實驗誤差，實驗中最合理的實驗順序是：丁、測出空桶的重力；甲、測出物體所受

到的重力；乙、把物體浸在裝滿水的溢杯中，測出測力計的示數(shù)；丙、測出桶和排開的水受到的重力；故正確順序

為：丁、甲、乙、丙，故B符合題意，AC不符合題意。

故選Bo

(2)⑵由圖甲可知，空氣中物體的重力為2N；由圖乙可知，物體浸沒在水中，彈簧測力計的示數(shù)為1N,則

物體在水中受到的浮力

F浮=64'=2脂：^小

[3]由圖丁可知，空桶的重力

G楠=05N

由圖丙可知，水和桶的重力

G總=1.5N

所以溢出水的重力

GW=G總-G桶=1.5N-O.5N=1N

由于物體在水中受到的浮力大小等于溢出水的重力，所以可得到的結論是：浸在液體中的物體，受到的浮力大

小等于它排開液體的重力。

(3)⑷根據(jù)計算結果，可見F斫G排，即

F1-F2=F3-F4

(4)⑸A.圖乙中水面未到達溢水杯的溢水口，物體放入溢水杯時，先要使溢水杯滿了才可以向外排水，故在

此過程中，物體受到的浮力大于排出的水的重力，故A符合題意；

B.圖乙中物體未全部浸沒在水中，物體排開液體的體積小，排開液體的重力小，浮力也小，仍然能得出浮力

等于排開的液體受到的重力，對實驗沒有影響，故B不符合題意。

故選A。

(5)⑹物體A全部浸入水中，物體的體積等于排開水的體積，將圖乙中的水換成酒精，物體全部浸入酒精中,

物體排開酒精的體積等于物體的體積，酒精的密度小于水的密度，根據(jù)阿基米德原理F浮=p4gV排可知，物體受到的

浮力變小。

(6)⑺物體漂浮在水面上，受到的浮力等于它的重力，測量漂浮的物體受到的浮力時，不需要用彈簧測力計

提著物體，即乙步驟不需要彈簧測力計。

8.(2023下?遼寧沈陽?八年級沈陽市第四十三中學校考期中)如圖，圖1是小明同學驗證阿基米德原現(xiàn)的實驗

過程圖，彈簧測力計花A、B、C、D四個步驟中的讀數(shù)分別為G空桶=1N、4=2N、G物=3N、g=2N,

p*=1.0x103kg/m3,g取10N/kg。

二

-

-

-三

-

-三

-

-

-三

-

-

-三

Y

^

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>—

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(

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|甲乙丙

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