專題21 驗證阿基米的原理的實驗問題（解析版）

2022年中考物理三輪復習冷熱門與重點亮點專題練(全國通用)專題21驗證阿基米的原理的實驗問題訓練(共10道題)1．（2021云南）某小組探究“浮力的大小與排開液體所受重力的關系”。（1）彈簧測力計使用前要先進行。（2）實驗步驟如圖1所示，甲、乙、丁、戊中彈簧測力計的示數(shù)分別為F1、F2、F3、F4。由圖甲和丁可知物體受到的浮力F?。?。（3）以下選項中若成立，則可以得出浮力的大小與排開液體所受重力的關系。A.F1﹣F2＝F3﹣F4B.F1﹣F3＝F4﹣F2C.F3﹣F2＝F1﹣F4（4）另一小組利用兩個相同的彈簧測力計A和B、飲料瓶和吸管組成的溢水杯、薄塑料袋（質(zhì)量忽略不計）對實驗進行改進，裝置如圖2所示。向下移動水平橫桿，使重物緩慢浸入盛滿水的溢水杯中，觀察到A的示數(shù)逐漸，B的示數(shù)逐漸，且A、B示數(shù)的變化量（選填“相等”或“不相等”）。（5）比較兩種實驗方案，改進后的優(yōu)點是（多選）A.測力計A的示數(shù)就是物體所受浮力的大小B.實驗器材生活化，測力計固定、示數(shù)更穩(wěn)定C.能同步觀察測力計A、B示數(shù)的變化【答案】（1）校零；（2）F1﹣F3；（3）B；（4）變??；變大；相等；（5）BC。【解析】（1）彈簧測力前要檢查指針與零刻度線是否對齊，若不對齊，要調(diào)整至對齊，這一步驟叫校零；（2）物體位于空中時彈簧測力計的示數(shù)即為其重力，又知道物體浸沒時彈簧測力計的示數(shù)，根據(jù)稱重法求出物體受到的浮力；（3）根據(jù)圖乙和圖戊可知空燒杯的重力和物體浸沒時排開液體與燒杯的總重力可求排開液體的重力，比較物體受到的浮力與排開液體的重力關系進行解答；（4）如圖2所示，向下移動水平橫桿，使重物緩慢浸入盛滿水的溢水杯中，重物排開水的體積變大，受到的浮力變大，根據(jù)稱重法F?。紾﹣F′可知彈簧測力計A的示數(shù)變化；重物排開水的體積越大時薄塑料袋內(nèi)水的重力越大，即彈簧測力計B的示數(shù)越大，薄塑料袋的質(zhì)量忽略不計時，根據(jù)阿基米德原理可知彈簧測力計A、B示數(shù)的變化量關系；（5）改進后的優(yōu)點從增加實驗器材的目的來分析。解：（1）彈簧測力計使用前指針要指向零刻度線，如果沒指向零刻度線，需要校零；（2）由圖甲可知物體的重力G＝F1，由圖丁可知物體浸沒時彈簧測力計的示數(shù)F′＝F3，則物體受到的浮力F?。紾﹣F′＝F1﹣F3；（3）由圖乙可知空燒杯的重力為F2，由圖戊可知物體浸沒時排開液體與燒杯的總重力為F4，則物體浸沒時排開液體的重力G排＝F4﹣F2，當F?。紾排即F1﹣F3＝F4﹣F2可知，物體受到浮力的大小與排開液體所受重力相等；（4）如圖2所示，向下移動水平橫桿，使重物緩慢浸入盛滿水的溢水杯中，重物排開水的體積變大，受到的浮力變大，由稱重法F?。紾﹣F′可知彈簧測力計A的示數(shù)變小，重物排開水的體積越大時薄塑料袋內(nèi)水的重力越大，即彈簧測力計B的示數(shù)越大，薄塑料袋的質(zhì)量忽略不計時，由阿基米德原理可知，彈簧測力計A、B示數(shù)的變化量相等；（5）比較兩種實驗方案可知，改進后：A.由稱重法F浮＝G﹣F′可知，彈簧測力計A的示數(shù)等于物體的重力減去受到的浮力，故A錯誤；B.由圖2的實驗裝置和器材（兩個相同的彈簧測力計A和B、飲料瓶和吸管組成的溢水杯、薄塑料袋）可知，實驗器材生活化，測力計固定、示數(shù)更穩(wěn)定，故B正確；C.薄塑料袋不計質(zhì)量，能同步觀察測力計A、B示數(shù)的變化，從而得出物體受到浮力的大小與排開液體所受重力的關系，故C正確。2.（2021黑龍江伊春）小明在驗證“阿基米德原理”實驗中：

（1）用已調(diào)零的彈簧測力計，按照圖甲中所示順序進行實驗操作，測力計的示數(shù)分別為：F1、F2、F3、F4，由此可知鐵球浸沒在水中所測得的浮力表達式為F?。絖_____，測得鐵球排開水所受的重力表達式為G排＝______（（2）小明預期要獲得的結(jié)論是：______（用此題中所給字母表示）QUOTE)；（3）在讀數(shù)正確的情況下，小明由實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：鐵球浸沒在水中所受浮力F浮大于鐵球排開的水所受重力G排，而且超出了誤差允許的范圍，得出此實驗結(jié)果的原因可能是______（寫出一條即可）；（4）小明分析發(fā)現(xiàn)了此實驗操作中存在的問題并加以改正。進一步思考：如果實驗中物體沒有完全浸沒水中，能否驗證“阿基米德原理”。正確的觀點是______（選填“能”或“不能”）驗證；（5）他又進行了如下深入探究：將溢水杯中注滿水放在電子秤上。如圖乙所示，其示數(shù)為m1，將鐵球用細線懸掛輕輕放入水中浸沒，待杯中水停止外溢時，如圖丙所示，其示數(shù)為m2，則m1______m2（選填“>”、“=”、“<【答案】F1?F2

F3?F4

F1?F2=F3?F4

溢水杯中沒有裝滿水

能

=

【解析】(1)物體的重力是F1，物體浸沒在水中彈簧測力計對物體的拉力是F2，物體浸沒在水中受到的浮力F浮=F1?F2，物體排開水的重力G排=F3?F4。

(2)由阿基米德原理知，浸在液體中的物體受到浮力大小等于物體排開液體受到的重力，故F?（1）如圖甲所示，用彈簧測力計測出一滿袋水的重力為2N（不計袋子厚度和重力）；（2）乙圖，將水袋浸入水中，靜止時彈簧測力計示數(shù)為1.2N，此時水袋所受浮力為N；（3）丙圖，繼續(xù)讓水袋下沉，但未浸沒，水袋所受浮力（選填“變小”、“不變”或“變大”）；（4）丁圖，水袋浸沒在水中，靜止時彈簧測力計示數(shù)為0N。由此（選填“能”或“不能”）得到結(jié)論：此時水袋受到的浮力等于它排開水所受到的重力；（5）設丙圖中水袋受到的浮力為F浮，排開水所受到的重力為G排，則F浮G排（選填“＝”或“≠”）。【答案】（2）0.8；（3）變大；（4）能；（5）＝?！窘馕觥浚?）根據(jù)F?。紾﹣F示求出浮力的大??；（2）浸入液體中的物體受到的浮力的大小與排開的液體的體積有關；（3）由阿基米德原理得出塑料袋所受浮力等于它排開的水的重力。解：（2）將水袋浸入水中，靜止時彈簧測力計示數(shù)為1.2N，F(xiàn)浮＝G﹣F示可知，此時水袋所受浮力為：F?。紾﹣F示＝2N﹣1.2N＝0.8N；（3）將水袋逐漸浸入水中時，水袋排開的水的體積變大，彈簧測力計的示數(shù)逐漸變小，說明水袋受到的浮力變大；（4）當水袋浸沒在水中，靜止時彈簧測力計示數(shù)為0N，說明浮力等于重力，又因為排開水的體積等于袋內(nèi)水的體積，排開水的重力等于袋內(nèi)水的重力，得到結(jié)論：浸在液體中的物體所受的浮力大小等于排開液體所受的重力；（5）由阿基米德原理可知，物體受到的受力大小F浮與它排開水所受重力G排的關系與物體是否浸沒無關?！军c評】本題目就是考查學生對阿基米德實驗的掌握程度，看學生能否掌握每個步驟，以及每一步要測量的對象，只要基本知識掌握扎實，題目不難做出。4.（2021江蘇泰州）小明學習了阿基米德原理后，和物理興趣小組的同學們利用圖中的彈簧測力計、體積約為10cm3的實心金屬塊、細線、大燒杯、小桶、小墊塊和水等器材，設計實驗驗證阿基米德原理。（1）小明他們首先向老師匯報了自己的實驗思路：①用彈簧測力計分別測出空桶和金屬塊的重力為G1和G2；②把大燒杯用小墊塊墊起，使右邊的溢水口斜向水下，在大燒杯中________水，過會兒把小桶放在大燒杯的溢水口下方；③用彈簧測力計吊著金屬塊使其浸沒到大燒杯的水中，記下彈簧測力計示數(shù)為F1；④待大燒杯中的水不再溢出時，用彈簧測力計測出溢出的水和小桶的總重力為F2；若滿足______（用所測物理量符號表示）等式成立就可以驗證阿基米德原理。（2）老師肯定了他們的實驗思路，但提醒他們利用現(xiàn)有實驗器材將無法完成實驗，請你幫他們分析無法完成實驗的原因是：___________。（3）小明他們更換相關器材，順利完成了實驗，實驗后小組成員又進行了交流，要驗證阿基米德原理，金屬塊___________（選填“一定”或“不一定”）要浸沒在水中。【答案】①.加滿②.G2-F1=F2-G1③.見詳解④.不一定【解析】（1）[1]大燒杯只有加滿水才能夠充當溢水杯。[2]物體所受浮力為F浮=G2-F1排開液體的重力G排=F2-G1要驗證阿基米德原理，需要F浮=G排，即G2-F1=F2-G1（2）[3]體積10cm3的金屬塊，完全浸沒在水中浮力為F=ρgV=103kg/m3×10N/kg×10-5m3=0.1N測力計分度值為0.2N，無法測量此數(shù)據(jù)。（3）[4]因為浮力用測力計示數(shù)差值計算，排開液體的重力也用測力計差值計算，所以不需要金屬塊完全浸沒。5．在“探究浮力大小跟排開液體所受重力的關系”實驗中，小明的實驗步驟如下：①如圖甲，用彈簧測力計測出物體所受的重力，用F1表示；②如圖乙，將物體緩慢浸入水中，讀出物體浸沒在水中后彈簧測力計的讀數(shù)，用F2表示；③如圖丙，用彈簧測力計測出排開的水和小桶的總重力，用F3表示；④如圖丁，倒出小桶中的水，用彈簧測力計測出小桶所受的重力，用F4表示；（1）小明以合理的順序進行測量，如果四次測量值滿足____________（用表達式填寫）的關系時，即可驗證阿基米德原理。（2）物體的密度____________（用所測物理量和水表示），如果溢水杯中的水沒有裝滿，物體浸沒在溢水杯后，則小桶中水的重力與物體所受浮力相比____________（選填“偏大”或“偏小”）。（3）為了使實驗結(jié)論更具有普遍性，小明應該____________（選填序號）。A．多次測量取平均值B．換用其他液體多次實驗C．換用其他彈簧測力計多次實驗【答案】F1-F2=F3-F4偏小B【解析】（1）該物體受到的浮力F浮=G-F拉=F1-F2排開液體重力G排=G總-G桶=F3-F4阿基米德原理的內(nèi)容是浸入液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于它排開的液體受到的重力，即F浮=G排，因此如果四次測量值滿足F1-F2=F3-F4的關系時，即可驗證阿基米德原理。（2）因為浸沒，所以物體體積為物體密度溢水杯的水沒裝滿，物塊放入溢水杯時，先要使溢水杯滿了才可以向外排水，導致排開水的重力偏小，則測得的浮力F浮大于排開水的重力G排。（3）為了使實驗結(jié)論更具有普遍性和代表性，該同學應換用其他的液體進行實驗，故選B。6．同學們在學習“阿基米德原理”這節(jié)課上，仔細觀察了老師做的如圖所示的演示實驗。物理興趣小組的同學們經(jīng)過討論，提出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，于是提出了一個新的實驗方案，并動手制作出了如圖所示實驗裝置，其中A、B為兩個規(guī)格相同的彈簧測力計，C為重物，D為薄塑料袋（質(zhì)量不計），E是自制的溢水杯，F(xiàn)是升降平臺（搖動手柄，可使平臺高度緩慢上升、下降），G為鐵架臺。（1）實驗中，同學們逐漸調(diào)高平臺F，使重物浸入水中的體積越來越大，觀察到彈簧測力計A的示數(shù)______，彈簧測力計B的示數(shù)______（選填“變大”、“變小”或“不變”），此過程說明物體所受浮力與物體排開液體的體積有關；（2）多次記錄彈簧測力計A的示數(shù)變化量FA′和彈簧測力計B的示數(shù)變化量FB′，并比較物體不同程度浸入液體時，以上兩個變化量之間的大小關系，發(fā)現(xiàn)FA′______FB′（選填“>”“<”或“=”），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，該新實驗方案的優(yōu)點是______（寫出其中一條，合理即可）；（3）若在實驗中物體C接觸水面前測力計A的示數(shù)為5N，物體C浸沒后測力計A的示數(shù)為3N，則物體的密度為______kg/m3。（g取10N/kg）【答案】變小變大=不需要實驗操作方便2.5×103【解析】（1）調(diào)高平臺F時，重物排開的水的體積增大，受到的浮力增大，則彈簧測力計A的示數(shù)變小，而薄塑料袋中，水的體積增大，質(zhì)量增大，所受的重力變大，那么測力計B的示數(shù)變大。（2）彈簧測力計A的示數(shù)變化量FA′即是物體浸入水中時，排開對應水所受浮力的大小，而測力計B的示數(shù)變化量FB′是物體排開的那部分水的重力，且無論重物浸入程度如何，都有FA′=FB′這就說明了阿基米德原理成立不需要物體全部浸入液體中。這個實驗中，通過調(diào)節(jié)平臺F的高度便可控制重物浸入水中的體積，重物浸入水中時的浮力由測力計A的示數(shù)變化可求出，而排開的水的重力直接從測力計B得出，這樣操作起來更方便，且讀數(shù)更直接。（3）由題意知，物體C的質(zhì)量浸沒后，物體的體積與其排開水的體積相同，受到的浮力F浮=G-F示=5N-3N=2N則物體C的體積C的密度7.小雪在學習了阿基米德原理之后，在家里自己動手制作了如圖所示的裝置，他想通過這個裝置來驗證阿基米德原理的正確性，以下是他的實驗過程：①在彈簧下方掛著一個空小桶，并在小筒的下方掛上重物G；②將一水杯放在升降機上，像溢水杯中裝滿水，調(diào)節(jié)升降機高度至水面，剛好到達重物G下表面；③記錄彈簧下端指針所指的刻度尺的位置L1；④緩慢升高升降機，讓重物G完全浸沒入水中后，繼續(xù)升高溢水杯到某一高度，用小燒杯A承接溢出的水，同時記錄指針所指位置L2；⑤保持升降機的位置不動，將燒杯A中的水倒入空桶中，同時記錄此時指針所在位置L3，（整個過程重物G始終沒有碰到溢水杯底部）。（1）在實驗④的過程中，彈簧的拉力變化曲線如下圖所示，正確的是（2）小雪將燒杯A中的水倒入空桶中，通過現(xiàn)象，證明阿基米德原理成立。（3）實驗④⑤過程中，重物G的高度變化情況是如下圖，正確的是（4）你認為這樣設計實驗的好處是?！敬鸢浮浚?）B；（2）L3＝L1；（3）C；（4）減小誤差?！窘馕觥浚?）根據(jù)稱重法可知，彈簧拉力F＝G﹣F??；根據(jù)F?。溅岩篻V排可知，隨著升降機升高，重物G浸入水中的體積越來越大，其受到的浮力變大，則拉力F變小，當重物G浸沒后，浮力保持不變，則拉力也保持不變，故B圖象符合。（2）在步驟③中，彈簧受到的拉力F＝G，指針所指的刻度尺位置L1；由于將燒杯A中的水倒入空桶中，則彈簧受到的拉力F′＝G﹣F浮+G排，若指針所在位置L3與位置L1相同，則拉力F′＝F，則說明F?。紾排，這樣即可證明阿基米德原理成立。（3）實驗④過程中，隨升降機的升高，重物G受到的浮力變大，拉力減小，重物G的高度也升高，當重物G浸沒后，浮力保持不變，重物G的高度不再變化；實驗⑤過程中，將燒杯A中的水倒入空桶中，由于彈簧受到的拉力變大，重物G隨著彈簧的伸長物G的高度下降，當燒杯A中的水全部倒入空桶中，重物G的高度又回到原來的高度；故圖象C符合；（4）改進后的優(yōu)點減小誤差。8．如圖所示是小芳同學探究“阿基米德原理”的實驗，其中桶A為圓柱形。（1）如圖甲、乙所示，小沿同學用彈簧測力計分別測出了空桶A、B的重力，則B桶重______N；（2）如圖丙所示，將空桶A輕放入盛滿水的溢水杯中，用桶B接住溢出的水，則空桶A受到的浮力為______N；（3）接著小芳同學往桶A中加入沙子進行實驗，得到4組數(shù)據(jù)，表格如下，其中有明顯錯誤的是第______次，實驗中，隨著加入沙子越多，桶浸入水中就越______（選填“深”或“淺”）；實驗次數(shù)1234桶A與沙子的總重量/N2.42.83.23.4桶B與水的總重量/N4.04.44.65.0（4）分析以上探究過程可以得到的結(jié)論是：浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力大小等于該物體____________；（5）小芳同學進一步探究，她將裝有適量沙子的桶A分別放入水中和另一未知液體中，桶A浸入水中的深度為h1，浸入另一液體中的深度為h2，設水的密度為ρ水，則另一液體的密度表達式為____________（用題中所給和所測物理量的字母表示）?！敬鸢浮?.62.03深排開的液體受到的重力【解析】（1）從圖乙可以看到，彈簧測力計的量程是0~5N，分度值是0.2N，指針指在刻度1往下第3個刻度，則它的讀數(shù)是1.6N，則B桶重1.6N。（2）觀察圖丙，根據(jù)阿基米德原理可知，空桶A受到的浮力大小等于它排開的水所受的重力，從[1]解析可知，B桶重1.6N，從圖丁可以看到，彈簧測力計的量程是0~5N，分度值是0.2N，指針指在刻度3往下第3個刻度，則它的讀數(shù)是3.6N，即B桶和里面的水總重力是3.6N，則這些水的重力這些水的重力是2.0N；桶A受到的浮力大小等于它排開的水所受的重力，則桶A受到的浮力大小是2.0N。（3）由表格數(shù)據(jù)可知，桶A與沙子的總重量從2.4N增加到2.8N，增加量桶B與水的總重量從4N增加到4.4N，增加量即而第3次實驗中桶A與沙子的總重量從2.8N增加到3.2N，增加量桶A與水的總重量從4.4N增加到4.6N，增加量即故錯誤的是第3次。隨著加入沙子越多，桶A與沙子的總重力增大，因為漂浮，所以浮力增大，由阿基米德原理可知，排開水的體積增大，則桶A浸入水中就越深。（4）由上述解析可知，空桶A受到的浮力為2.0N，該物體排開的水受到的重力，分析以上探究過程可以得到的結(jié)論是：浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力大小等于該物體排開的液體受到的重力。（5）裝有適量沙子的桶A始終處于漂浮狀態(tài)，所受浮力大小等于本身的重力大小，則設圓柱形桶A底面積為S，則裝有適量沙子的桶A在水中排開的體積裝有適量沙子的桶A在未知液體中排開的體積根據(jù)阿基米德原理得所以另一液體的密度表達式為。9.（2020貴州畢節(jié)）如圖所示是探究浮力的大小跟排開液體所受重力的關系實驗。(1)把物體慢慢浸入水中直到全部沒入的過程中，物體受到的浮力逐漸變_____（填“大”或“小”）；(2)物體浸沒在裝滿水的溢水杯后，水會流入空桶中，各步驟中彈簧測力計的示數(shù)已在圖中標明，通過實驗可得：F?。紾排＝_____N。【答案】(1)大(2)1【解析】(1)當物體慢慢浸入水中，排開的體積逐漸變大，由F?。溅阉甮V排可知，物體受到的浮力逐漸變大。(2)若溢水杯裝滿水，則戊圖與甲圖測力計的讀數(shù)差應該與物體實際所受浮力大小相等，即F?。紾排＝1.5N﹣0.5N＝1N10．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”。（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(jié)論是：浸在液體中的物體，受到的浮力大小等于它___________。（3）以下情況會影響結(jié)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（4）將圖乙中的水換成酒精（ρ酒精=0.8×103kg/m3），物體受到的浮力___________。（選填“變大”“變小”或“不變”）（5）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___________