第九章浮力第三節阿基米德原理第1課時探究浮力的大小與排開液體所受重力的關系小明在“驗證阿基米德原理”的實驗中,設計的實驗方

案(部分)如表所示,之后他仔細觀察了老師進行的如圖甲所示

的演示實驗。經過討論后提出問題:阿基米德原理的成立,是

否一定要以物體全部浸入液體為前提條件?由此他提出了一

個新的實驗方案,并動手制作出了如圖乙所示實驗裝置,其中

A、B為兩個規格相同的彈簧測力計,C為金屬塊,D為薄塑料實驗進階袋(質量不計),E是自制的溢水杯,F是升降平臺(搖動手柄,可使

平臺緩慢上升、下降),G為鐵架臺。階段1

設計實驗1.請你幫他填寫空格處的內容。實驗目的:定量研究浸沒在液體中的物體受到的浮力與它排開液體

之間的關系。實驗器材:金屬塊、細線、量筒、

和適量的水等。實驗步驟:a.記錄金屬塊懸掛在空氣中時彈簧測力計的示數F1;b.在量筒中盛適量的水,記錄示數V1;c.將金屬塊浸沒在水中,記錄量筒示數V2、彈簧測力計的示數F2;d.用

表示物體所排開液體的體積(用字母表示);e.用

表示物體所受的浮力(用字母表示);f.若滿足

,即可驗證阿基米德原理成立。(水的密度為ρ水)重力

彈簧測力計V2-V1

F1-F2

F1-F2

=

ρ水g(V2-V1)解析阿基米德原理表述的是物體受到的浮力與物體排開液

體受到的重力之間的關系。實驗中需要測量金屬塊受到的重

力、金屬塊在液體中靜止時受到的拉力,所以還需要的儀器

是彈簧測力計。量筒內液體的體積為V1,將金屬塊浸沒在液

體中后,總體積為V2,則物體排開液體的體積為V排=V2-V1,金屬

塊排開水的重力G排=m排g=ρ水g(V2-V1),金屬塊懸掛在空氣中時

彈簧測力計的示數為F1,即金屬塊的重力為F1;將金屬塊浸沒

在水中,彈簧測力計的示數為F2,則金屬塊受到的浮力為F浮=G-

F拉=F1-F2。當F1-F2=ρ水g(V2-V1)時,金屬塊受到的浮力與排開液體的重力相等,即可驗證阿基米德原理成立。2.實驗中,彈簧測力計在使用之前,必須先__________________。在豎直方向上調零解析在本實驗中,要使用彈簧測力計測量豎直方向上的力,

所以在使用之前,必須先在豎直方向上調零。3.如圖甲所示,你認為最合理的實驗操作順序是_________

(填寫實驗序號)。④①②③

解析實驗中,為減小實驗誤差,應先測量燒杯的重力和金屬

塊的重力,然后將金屬塊放入溢水杯中,通過測量此時的拉力

求出金屬塊所受的浮力,最后再測量排開的水和燒杯的總重

力,所以合理的實驗操作順序是④①②③。4.小明逐漸調高平臺F,使金屬塊浸入水中的深度越來越大,觀

察到彈簧測力計A的示數先變小后不變,此過程說明物體所受

浮力大小與____________________有關。物體排開液體的體積解析小明逐漸調高平臺F,使金屬塊浸入水中的深度越來越

大,金屬塊排開水的體積先變大后不變,觀察到彈簧測力計A

的示數先變小后不變,根據F浮=G-F示可知,金屬塊所受的浮力

先變大后不變,此過程說明物體所受浮力的大小與物體排開

液體的體積有關。階段2

實驗數據分析及結論5.多次記錄彈簧測力計A的示數變化量ΔFA和彈簧測力計B的

示數變化量ΔFB,并比較物體浸入液體不同程度時,以上兩個變

化量之間的大小關系,發現ΔFA______(選填“>”“<”或

“=”)ΔFB,由此證明了阿基米德原理的成立________(選填

“需要”或“不需要”)以物體全部浸入液體為前提條件。不需要

=

解析根據F浮=G-F示可知,彈簧測力計A的示數變化量ΔFA即

物體所受的浮力,彈簧測力計B的示數變化量ΔFB為物體排開

的液體的重力,若ΔFA=ΔFB,則驗證了阿基米德原理,說明阿基

米德原理的成立不需要以物體全部浸入液體為前提條件。階段3

交流與討論6.如果在測量時,金屬塊觸碰容器底,會得到F浮______(選填

“>”“=”或“<”)G排的錯誤結論。

>

解析如果在測量時,金屬塊觸碰容器底,容器底會對金屬塊

施加一個豎直向上的支持力,則彈簧測力計的示數變小,根據F

浮=G-F示可知,會造成F浮>G排。階段4

實驗拓展7.小明又進行了深入探究:將溢水杯中注滿水放在電子秤上。

如圖丙所示,其示數為m1,將鐵球用細線懸掛并輕輕放入水中

使其浸沒,待杯中水停止外溢時,如圖丁所示,其示數為m2,則m1

_______(選填“>”“=”或“<”)m2。

=

解析鐵球浸沒在水中,鐵球受到的浮力F浮=G排,物體間力的

作用是相互的,鐵球給水的壓力F=F浮,當鐵球浸沒在盛滿水的

溢水杯中,排開水的重力為G排,故電子秤所受壓力增加了F浮,又

減少了G排,因為F浮=G排,故電子秤受到的壓力不變,則有m1=m2。第九章浮力第三節阿基米德原理第2課時阿基米德原理的應用

阿基米德原理基礎夯實1.【新特色·中華優秀傳統文化】(2024河南中考)宋朝的懷丙

利用浮船打撈鐵牛,展現了我國古人的智慧。圖為打撈過程

示意圖,先將陷在河底的鐵牛和裝滿泥沙的船用繩索系在一

起,再把船上的泥沙鏟走,鐵牛就被拉起,然后把船劃到岸邊,解

開繩索卸下鐵牛,就可將鐵牛拖上岸。船在圖中甲、乙、丙

三個位置所受浮力為F甲、F乙、F丙,下列判斷正確的是

()

BA.F甲=F乙=F丙B.F甲>F乙>F丙C.F甲=F乙>F丙D.F甲<F乙<F丙

解析由題圖知,船在圖中甲、乙、丙三個位置時排開水的

體積V甲>V乙>V丙,根據F浮=ρ液gV排可知,船所受的浮力F甲>F乙>F丙,故選B。2.【跨學科·工程實踐】(2024山東棗莊中考)我國“奮斗者”

號載人潛水器在馬里亞納海溝萬米深處多次成功坐底,標志

著我國在載人深潛領域達到了世界領先水平。“奮斗者”號

在水面以下下潛過程中,受到

()A.壓強增大,浮力增大B.壓強不變,浮力增大C.壓強增大,浮力不變D.壓強不變,浮力不變

C

解析“奮斗者”號在水面以下下潛過程中,海水的密度不

變,深度逐漸增大,由p=ρgh可知,“奮斗者”號受到的壓強逐

漸增大;“奮斗者”號排開海水的體積不變,由F浮=ρ液V排g可

知,“奮斗者”號受到的浮力不變,故C符合題意。3.(2024廣東廣州中考,★☆☆)潛水艇從海水高密度區駛入低

密度區,急劇下降的過程稱為“掉深”。如圖,某潛水艇從a處

駛入低密度海水區,“掉深”到b處。與a處相比,潛水艇在b處

()

A

能力提升A.受到浮力大小變小B.受到浮力大小變大C.排開液體重力不變D.排開液體重力變大解析潛水艇從海水高密度區駛入低密度區,排開水的體積

不變,根據F浮=ρ液gV排可知,潛水艇受到的浮力變小,因此與a處

相比,潛水艇在b處受到的浮力變小,A符合題意,B不符合題

意。根據阿基米德原理可知,物體浸在液體中時受到的浮力

與其排開液體受到的重力大小相等,潛水艇受到的浮力變小,

則潛水艇排開液體的重力也變小,即與a處相比,潛水艇在b處

排開液體的重力變小,C、D不符合題意。4.【新課標·科學思維】(2024青海中考)“飛天”興趣小組在

模擬搭建月球科研基地時,選取了某種磚塊作為建筑材料,鉆

取了一塊圓柱體樣品(樣品不吸水)。已知g=10N/kg,ρ水=1×10

3kg/m3,求:(1)如圖甲所示,利用彈簧測力計測得樣品重力為4.2N,則該樣

品的質量m;(2)如圖乙所示,該樣品浸沒在水中時受到的浮力F浮;素養提優(3)該樣品的密度ρ;(4)當該樣品上表面距水面4cm處時,樣品上表面所受水的壓強p;(5)請你為月球基地命名并簡單介紹其寓意。解析

(1)由題可知,該樣品受到的重力G=4.2N,該樣品的質

量m=

=

=0.42kg。(2)由題圖乙可知,彈簧測力計的示數為1.2N。根據稱重法,該

樣品浸沒在水中時受到的浮力F浮=G-F拉=4.2N