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【实战中考】2024重难典题型综合突破子专题2实验重难典突破一、教材重点实验类型二 (4)
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1.在“探究浮力的大小与哪些因素有关”的实验中,小明提出如下猜想。
猜想一:浮力的大小与物体排开液体的体积有关;
猜想二:浮力的大小与液体密度有关;
猜想三:浮力的大小与物体浸没深度有关;
猜想四:浮力的大小与物体密度有关。
(1)为了验证猜想一,小明应控制同一物体排开同一液体的 不同,看弹簧测力计示数大小的变化情况,为了验证猜想二,应控制同一物体浸没在 液体的同一深度处;
(2)为了验证猜想四,需要将体积大小 、密度不同的物体浸没在同一液体中,观察弹簧测力计示数的大小;
(3)针对猜想三,小明联系生活实际想到,如果将一个完好的篮球放入装满水的水桶中,然后用手往下压篮球,发现随着篮球浸入水中深度的增加,手用到的力就越大,于是得出结论:浮力的大小与物体浸没深度有关,请你根据所学知识判断该结论 (选填“正确”或“错误”),原因是 ;
(4)同组的小江认为,除了小明提出的四个猜想外,应该还有一个猜想五:浮力的大小与物体所受的重力有关,小江同学想利用体积相同的铁块和铝块、弹簧测力计和水去验证这个猜想,请你帮小江设计并简述实验方案: 。
2.在“探究影响浮力大小的因素”实验中,同学们根据生活经验,提出了浮力大小可能与下列因素有关的猜想:
①与物体浸入液体中的深度有关;②与物体排开液体的体积有关;③与液体的密度有关;
(1)请你写出能够支持猜想③的一个生活现象: ;
(2)物体浸没前的过程中(图甲到图丙),测力计示数逐渐变小,说明浮力大小逐渐 ,据此,小明认为物体受到的浮力改变是因为浸入水中的深度增大;而小华则认为浮力改变是因为浸入水中的体积增大,根据以上实验你认为下列说法正确的是
A.只有小明的观点合理
B.只有小华的观点合理
C.两人的观点都不合理
D.两人的观点都合理
(3)接下来他们继续实验,增大物体浸没在水中的深度(图丙到图丁),发现测力计的示数始终不变且为F,据此可得出 的观点不具有普遍性,此时物体受到的浮力 N;
(4)当物体从接触水面开始,到浸没至如图丁所示位置时,在图戊中能够表示出此过程物体所受浮力F与进入水中的深度h的关系图像是 (选填“①”或“②”);同学们在实验中主要用到的科学探究方法是 。
(5)小明发现本实验不仅可以探究影响浮力大小的因素,从实验数据还可求出物体的密度为______.(水的密度为,g取)
(6)实验中由于握着弹簧测力计的手臂容易晃动,从而导致其示数不稳定,读数困难.请你写出一种改进措施:______.
(7)(实验方案评估、改进)小华在探究“浮力的大小与物体的体积是否有关”时,选用三个体积不同的铝块(底面积相同)、烧杯、水和弹簧测力计进行实验.先用弹簧测力计测出一个铝块的重力,然后把这个铝块浸没在水中,读出弹簧测力计的示数,再用其他两个铝块重复上述实验.分析数据得出结论.该实验方案的不合理之处是______.如果添加一个记号笔,请你写出改正不合理之处的做法______.
(8)小华用如图己所示装置探究浮力的大小跟哪些因素有关,从物体开始浸入直至浸没一定深度的过程中,台秤的示数变化情况是______.
【一题多设问】(5) (6)先将盛有适量液体的烧杯放在升降台上,然后把弹簧测力计固定在铁架台的铁夹上,并调节到适当高度,接着用升降台调节烧杯的高度来改变物体浸在液体中的体积 (7)没有控制物体排开液体的体积相同在三个铝块相同高度处做标记,每次使铝块进入水中时,铝块的标记处与水面相平 (8)一直不变
【解析】(5)由阿基米德原理可知:,由图甲、丙可知,物体完全浸没在水中时,排开水的体积就是物体的体积,所以,由图甲知物体的重力为,其质量为,所以物体的密度;(8)开始时台秤的示数等于溢水杯和水的重力之和,当物体放入后,受到水对它向上的浮力,因力的作用是相互的,物体对于水有一个向下的反作用力,台秤的示数等于溢水杯和水的总重力+物体对水向下的压力-溢出的水的重力,而物体对水向下的压力等于浮力,等于溢出的水的重力,故台秤示数不变.
(4)图甲到图丁的位置,物体浸入的先变大,后不变,说明浮力先变大,后不变
突破口:谁影响浮力大小——物体排开水体积的变化
(6)注意审题,这里是由于手臂晃动从而导致弹簧测力计的示数不稳定,所以改进措施是要使弹簧测力计稳定,才能使其示数稳定
(8)分析台秤示数的变化情况:只需判断物体对水的压力与溢出的水的重力之间的大小关系即可
3.实验小组的小明同学在做“探究浮力的大小与哪些因素有关”的实验.
(1)实验时,大烧杯中的水要“适量”,“适量”的标准是 ;
(2)如图所示,将实心柱状体缓缓浸入水中;
①从位置2→3的过程中,物体受到的浮力 (选填“变大”“变小”或“不变”);
②从位置3→4的过程中,物体受到的浮力不变,说明物体受到的浮力与浸没的深度 (选填“有关”或“无关”);
(3)将大烧杯中的水换成等体积的盐水,把物体浸没在盐水中的深度同位置4,观察弹簧测力计的示数,此时可探究物体受到的浮力大小与 的关系;
(4)在实验中,小组的小芳同学发现同一物体浸没在不同的液体中,弹簧测力计的示数不一样,心想:这不是与密度计的原理相同嘛?于是她灵机一动,将测力计改为一个密度计,她用弹簧测力计测出一个重为的物块,然后把物块浸没在水中时,弹簧测力计的读数为,她就在处对应标上的字样;当她把物块浸没在密度为的酒精中时,应该在弹簧测力计刻度盘的 N处对应标上字样。
4.小亮在“探究浮力大小与哪些因素有关”实验中,他猜想浮力大小与液体的密度、物体排开液体的体积有关.提供的器材有:弹簧测力计、铁块各一个,相同规格的烧杯足量,汽油、酒精、植物油、水、稀盐水、浓盐水适量(液体密度依次变大)。
(1)请你帮助小亮补全记录实验数据的表格
(2)小亮同学在实验中收集到的信息是:当烧杯中加入的液体的密度越大,铁块浸没在该液体中时弹簧测力计的示数越小,由此可以得出的结论是: .
(3)小亮还有一个猜想,浮力的大小可能还与物体的形状有关.针对这个问题,如图中提供的2组器材,应该选择的器材是 .理由是: .
(4)若铁块浸在液体中,铁块的底部不小心碰到烧杯的底部,则测得的浮力 (选填“偏大”“偏小”或“不变”).
5.在“研究浮力的影响因素”的实验中,小虹利用实心金属块,压力传感器,烧杯,细线等实验器材,设计并进行了实验,压力传感器可以显示其上方压力的大小。
(1)如图甲所示,将一空烧杯放在压力传感器上,压力传感器的示数为,然后将金属块通过细线缓慢放入装有适量水的烧杯(该烧杯足够高)中直至沉底,如图乙所示,压力传感器的示数F与金属块底面浸入水中的深度h的对应数据,如下表所示。
①若金属块沉底时,细线处于松弛状态,压力传感器的示数为6N,则金属块的重力为 N;
②在图丙中画出金属块受到的浮力和底面浸入水中的深度h的图像 ;
(2)小虹经过观察几次实验数据发现,浮力的大小有时与底面浸入水中的高度有关,有时又与此无关,对此你觉得正确的表述应该是: ;
(3)小虹觉得浮力的大小与物体的密度应该也有关联,她选用与金属块形状相同的木块进行实验,将木块逐渐浸入水中,当水面上升至图丁O点位置时,记录此时压力传感器的示数,如图丁所示,取出木块后,小虹又将金属块缓慢浸入水中,她在水面上升到 (选填“O点之上”“O点”或“O点之下”)时,读取压力传感器的示数,这样做是为了控制 相同,以便判断浮力的大小与物体的密度是否有关。
6.为了探究浮力的大小与哪些因素有关,物理实验小组的同学们利用杠杆设计了如下创新实验,步骤如下:
(1)先调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡,然后在左右两端挂上相同的铝块,使杠杆仍保持水平平衡,如图甲所示。
(2)取两个烧杯,往左右两个烧杯中分别加入质量不等的水时,杠杆发生倾斜,如图乙所示,此现象说明左右两端的铝块受到的浮力 (选填“相等”或“不相等”)。
(3)继续向两个烧杯中加入质量不等的水,逐渐使左右两个铝块完全浸没在水中,此时杠杆又恢复水平平衡,如图丙所示,进一步说明物体所受浮力的大小与浸没在液体中的深度 ;与注入液体的质量 。(均选填“有关”或“无关”)
(4)在图丙右边的烧杯中加入适量食盐水,杠杆产生的现象说明了当物体浸没在液体中的体积相同时,液体的密度越大,物体所受的浮力越大。则该实验现象为 。
(5)将图甲杠杆的右端换上与铝块A等质量的金属块B,体积VB大于VA,同时往左右杯中加满水,杠杆状态如图丁所示,说明了当液体密度相同时,物体排开液体的体积越大,受到的浮力 。
实验次数
①
液体种类
液体密度
铁块重力
②
浮力/N
1
汽油
2
酒精
3
植物油
4
水
5
稀盐水
6
浓盐水
实验次数
1
2
3
4
5
6
0
2
4
6
8
10
3
3.25
3.5
3.75
3.75
3.75
参考答案:
1. 体积 不同 相同 错误 随着篮球的下沉,改变的不仅仅是篮球浸入水中的深度,还有篮球排开水的体积,不符合控制变量法 ①用弹簧测力计分别测出体积相同的铁块和铝块的重力分别为、;②用弹簧测力计分别拉着铁块和铝块全部浸没到水中,读出弹簧测力计示数分别为;③实验结束后,认真分析数据,如果,则可证明浮力与物体的重力无关
【详解】(1)[1]为了验证猜想一,浮力的大小与物体排开液体的体积的关系,小明应控制同一物体排开同一液体的体积不同,看弹簧测力计示数大小的变化情况。
[2]为了验证猜想二,探究浮力的大小与液体密度的关系,应控制排开液体的体积相同,液体密度不同。
(2)[3]为了探究浮力的大小与物体密度有关,应控制排开液体的体积相同,液体密度相同,物体的密度不同,故需要将体积大小相同、密度不同的物体浸没在同一液体中,观察弹簧测力计示数的大小。
(3)[4][5]探究浮力的大小与浸没深度的关系,应控制排开液体的体积和液体的密度相同,改变浸没的深度,而篮球放入装满水的水桶中,用手往下压篮球,随着篮球浸入水中深度的增加,同时篮球排开水的体积增大,故该结论错误,原因是没有控制排开液体的体积相同。
(4)[6]探究浮力的大小与物体所受的重力是否有关,根据控制变量法,应控制物体体积相同,排开液体的体积相同,液体密度相同,物体的重力不同,实验方案如下:
①用弹簧测力计分别测出体积相同的铁块和铝块的重力分别为、;②用弹簧测力计分别拉着铁块和铝块全部浸没到水中,读出弹簧测力计示数分别为;③实验结束后,认真分析数据,如果
则可证明浮力与物体的重力无关。
2. 人在水中下沉,而在死海中却能漂浮(或鸡蛋在清水中下沉,而在盐水中可以漂浮等) 变大 D 小明 4 ② 控制变量法
【详解】(1)[1]鸡蛋在清水中下沉,却能在盐水中漂浮说明浮力的大小与液体密度有关。
(2)[2]物体浸没前的过程中,弹簧测力计的示数逐渐变小,根据力的平衡
所以浮力大小逐渐变大。
[3]此过程中,物体浸入水中的深度增大,浸入水中的体积也增大,说明小明和小华的观点都是合理的,故D正确。
故选D。
(3)[4]增大物体浸没在水中的深度,发现弹簧测力计的示数始终不变,且为1N,所以浮力与物体完全浸没在液体中的深度无关,故小明的观点不具有普遍性。
[5]由图甲可知,物体的重力为5N,由图丙、丁可知,说明此过程中物块受到的浮力
(4)[6]物体从接触水面开始到浸没至图丙位置时,随着浸入水中深度的h的增加,浮力由小变大,从图丙到图丁所示位置时,随着进入水中深度的h的增加,浮力大小不变,所以图戊中能够表示出此过程物体所受浮力F与进入水中的深度h的关系图像是②。
[7]同学们在实验过程中对其他因素加以控制,使其中的一些条件发生变化研究和解决问题,用到的是控制变量法。
3. 见解析 变大 无关 液体密度 0.8
【详解】(1)[1]水“适量”的标准是物体能浸没在液体中,液体不溢出且物体不能接触容器底。
(2)①[2]由图可知,从位置2→3的过程中,物体排开水的体积增大,弹簧测力计示数变小,由称重法可知物体受到的浮力变大;
②[3]从位置3→4的过程中,排开液体的体积和液体的密度均不变,只是浸没的深度增加了,弹簧测力计的示数不变,由称重法可知物体受到的浮力不变,说明物体受到的浮力与浸没的深度无关。
(3)[4]将大烧杯中的水换成等体积的盐水,把物体浸没在盐水中的深度同位置4,物体排开液体的体积不变,液体密度不同,观察弹簧测力计的示数,可探究物体受到的浮力大小与液体密度的关系。
(4)[5]物体浸没在水中和酒精中排开液体的体积相同,物块浸没在水中时受到的浮力
F浮=G-F′=1.6N-0.6N=1N
根据阿基米德原理得
1N=ρ水gV排①
当物块浸没在酒精中时,根据阿基米德原理得
F浮酒=ρ酒gV排②
两者排开液体的体积相等,①②两式可得
F浮酒=0.8N
所以此时应标在弹簧测力计的
1.6N-0.8N=0.8N
处。
4. 排开液体的体积 弹簧测力计的示数 浮力大小与液体的密度有关 B 要控制物体排开液体的体积和液体的密度不变,只改变物体的形状,所以选择容易发生形变的橡皮泥 偏大
【详解】(1)[1][2]由表格信息可知该实验是探究浮力大小与液体密度的关系,根据控制变量法,应控制排开液体的体积相同,改变液体的密度,利用弹簧测力计分别测出铁块在空气中和浸没在液体中时弹簧测力计示数,根据称重法计算铁块受到的浮力,即
故表格中①应为排开液体的体积,②为测力计示数F示/N。
(2)[3]烧杯中加入的液体的密度越大,铁块在该液体中弹簧测力计的示数越小,则浮力越大,说明浮力的大小与液体密度有关。
(3)[4][5]浮力大小跟物体排开液体的体积和液体的密度有关,探究浮力大小跟物体形状的关系时,应控制物体排开液体的体积和液体的密度不变,改变物体的形状,而A组物体的体积不同,排开液体的体积也就不同,故应选择容易发生形变的橡皮泥(形状改变时,其体积不变,浸没时排开液体的体积不变)。
(4)[6]若铁块浸在液体中时,铁块的底部不小心碰到了烧杯的底部,烧杯底部对铁块有支持力,那么弹簧测力计的示数偏小,根据可知,测得的浮力偏大。
5. 3 见解析 O点 物体排开液体的体积
【详解】(1)①[1]金属块沉底时,细线处于松弛状态,压力传感器的示数为,说明细线不受拉力,则
而由表格可知底面浸入水中的深度为0时,压力传感器的示数为,即
联立上两式解得
②[2]分析题目可知,金属块受到的浮力=压力传感器增加的示数,分别计算出各个入水深度下的浮力大小
在坐标图中进行描点连线,如图所示
(2)[3]物体受到的浮力的大小与物体排开液体的体积有关,当密度不变时,物体排开液体的体积越大,所受的浮力越大。
(3)[4][5]要探究浮力与物体密度的关系,需控制物体排开液体的体积相同,故应将金属块缓慢浸入水中使水面上升到相同高度O点处,读取压力传感器的示数。
6. 不相等 无关 无关 杠杆发生倾斜,左低右高 越大
【详解】(2)[1]先调节杠杆两端的平衡螺母, 使杠杆在水平位置平衡,然后在左右两端挂上相同的铝块,使杠杆仍保持水平平衡(作用在杠杆左边的力为动力, 作用在杠杆右边的力为阻力),如图甲所示,由杠杆的平衡条件
故有
……①
取两个烧杯,往左右两个烧杯中分别加入质量不等的水时, 杠杆发生倾斜, 如图乙所示,则
……②
由①②得
即此时动力小于阻力。
对左边的物体, 由平衡状态可知, 绳子对物体的拉力
根据相互作用力可知,故作用在杠杆左端的力大小为F左,同理,作用在杠杆右端的的力大小为F右,故
则
说明左右两端的铝块受到的浮力不相等。
(3)[2]继续向两个烧杯中加入质量不等的水,逐渐使左右两个铝块完全浸没水中,此时杠杆又恢复水平平衡,如图丙所示,由杠杆的平衡条件,结合(2)知,此时左右两端作用在杠杆两端的动力和阻力相等,由阿基米德原理, 物体受到的浮力相同,而物体浸没在液体中的深度不同,故进一步说明物体所受浮力的大小与浸没在液体中的深度无关。
[3]因两容器中注入液体的质量不同,故物体所受浮力的大小与液体的质量多少无关。
(4)[4]已知右侧杯中的盐水密度更大,而杠杆产生的现象说明了当物体浸没在液体中的体积相同时,液体的密度越大,物体所受的浮力越大,即右侧铝块受到的浮力更大,经受力分析知铝块对右侧杠杆的拉力变小,则该实验现象为杠杆发生倾斜,左低右高。
(5)[5]图丁中左端铝块排开水的体积小,杠杆的左端下沉,说明左端铝块对杠杆的拉力大,浮力小,说明了当液体密度相同时,物体排开液体的体积越大,受到的浮力越大。