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6. 实验桌上有实心小铁块、细线、分别装有适量的水和盐水的烧杯各一个,以及如图所示的电子秤。请你利用上述实验器材,设计一个实验验证：浮力大小与液体密度有关。请写出主要实验步骤,画出实验数据记录表格。(ρ水$= 1.0×10^3kg/m^3,ρ$盐水$= 1.03×10^3kg/m^3)$
答案
实验步骤:① 将盛有水的烧杯放在电子秤上,记录此时电子秤的示数为m₁;用细线拴住小铁块,用手提着小铁块,将小铁块慢慢浸入水中,不能接触烧杯底和烧杯壁,记录此时电子秤的示数为m₂;小铁块在水中受到的浮力:F_{浮水}=(m₂-m₁)g;② 将盛有盐水的烧杯放在电子秤上,记录此时电子秤的示数为m₃;用细线拴住小铁块,用手提着小铁块,将小铁块慢慢浸入盐水中,不能接触烧杯底和烧杯壁,记录此时电子秤的示数为m₄;小铁块在盐水中受到的浮力:F_{浮盐水}=(m₄-m₃)g。实验记录表格：|液体种类|铁块放入前电子秤示数m/kg|铁块放入后电子秤示数m/kg|电子秤增加的示数Δm/kg|浮力的大小F_{浮}/N|----|----|----|----|----|水| | | | |盐水| | | | |
解析
【分析】
要验证浮力大小与液体密度有关，需采用控制变量法，控制小铁块排开液体的体积和浸入深度相同，仅改变液体密度（水和盐水）。由于直接测量浮力有难度，可利用力的作用是相互的原理：小铁块浸入液体时受到浮力，同时对液体施加向下的压力，电子秤示数的变化量对应的重力等于浮力大小。因此实验思路为：分别测量烧杯装水、盐水时的初始电子秤示数，再将同一小铁块浸入两种液体中（不接触烧杯），记录电子秤示数，通过计算两次示数差得到浮力，对比两种液体中的浮力大小，若不同则验证结论。
【解析】
实验步骤：
1. 将盛有水的烧杯放在电子秤上，待示数稳定后，记录此时电子秤的示数为$m_1$；用细线拴住小铁块，用手提着小铁块，将小铁块慢慢浸入水中，确保小铁块不接触烧杯底和烧杯壁，待电子秤示数稳定后，记录此时的示数为$m_2$；根据力的相互性，小铁块在水中受到的浮力$F_{浮水}=(m_2 - m_1)g$。
2. 将盛有盐水的烧杯放在电子秤上，待示数稳定后，记录此时电子秤的示数为$m_3$；用同一根细线拴住同一个小铁块，用手提着小铁块，将小铁块慢慢浸入盐水中，确保小铁块不接触烧杯底和烧杯壁（且浸入的体积和深度与在水中时相同），待电子秤示数稳定后，记录此时的示数为$m_4$；同理，小铁块在盐水中受到的浮力$F_{浮盐水}=(m_4 - m_3)g$。
3. 对比$F_{浮水}$和$F_{浮盐水}$的大小，若二者不相等，则验证浮力大小与液体密度有关。
实验数据记录表格：
|液体种类|铁块放入前电子秤示数$m/kg$|铁块放入后电子秤示数$m/kg$|电子秤增加的示数$\Delta m/kg$|浮力的大小$F_{浮}/N$|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|水| | | | |
|盐水| | | | |
【答案】
实验步骤:① 将盛有水的烧杯放在电子秤上,记录此时电子秤的示数为$m_1$;用细线拴住小铁块,用手提着小铁块,将小铁块慢慢浸入水中,不能接触烧杯底和烧杯壁,记录此时电子秤的示数为$m_2$;小铁块在水中受到的浮力$F_{浮水}=(m₂-m₁)g$;② 将盛有盐水的烧杯放在电子秤上,记录此时电子秤的示数为$m_3$;用细线拴住小铁块,用手提着小铁块,将小铁块慢慢浸入盐水中,不能接触烧杯底和烧杯壁,记录此时电子秤的示数为$m_4$;小铁块在盐水中受到的浮力$F_{浮盐水}=(m₄-m₃)g$。
实验数据记录表格：
|液体种类|铁块放入前电子秤示数$m/kg$|铁块放入后电子秤示数$m/kg$|电子秤增加的示数$\Delta m/kg$|浮力的大小$F_{浮}/N$|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|水| | | | |
|盐水| | | | |
【知识点】
控制变量法、浮力的间接测量、力的作用相互性
【点评】
本实验巧妙利用力的作用相互性，将浮力的测量转换为电子秤示数变化的测量，通过控制变量法保证小铁块排开液体的体积相同，改变液体密度，从而验证浮力与液体密度的关系，实验设计科学合理，操作简便易实现。
【难度系数】
0.6
要验证浮力大小与液体密度有关，需采用控制变量法，控制小铁块排开液体的体积和浸入深度相同，仅改变液体密度（水和盐水）。由于直接测量浮力有难度，可利用力的作用是相互的原理：小铁块浸入液体时受到浮力，同时对液体施加向下的压力，电子秤示数的变化量对应的重力等于浮力大小。因此实验思路为：分别测量烧杯装水、盐水时的初始电子秤示数，再将同一小铁块浸入两种液体中（不接触烧杯），记录电子秤示数，通过计算两次示数差得到浮力，对比两种液体中的浮力大小，若不同则验证结论。
【解析】
实验步骤：
1. 将盛有水的烧杯放在电子秤上，待示数稳定后，记录此时电子秤的示数为$m_1$；用细线拴住小铁块，用手提着小铁块，将小铁块慢慢浸入水中，确保小铁块不接触烧杯底和烧杯壁，待电子秤示数稳定后，记录此时的示数为$m_2$；根据力的相互性，小铁块在水中受到的浮力$F_{浮水}=(m_2 - m_1)g$。
2. 将盛有盐水的烧杯放在电子秤上，待示数稳定后，记录此时电子秤的示数为$m_3$；用同一根细线拴住同一个小铁块，用手提着小铁块，将小铁块慢慢浸入盐水中，确保小铁块不接触烧杯底和烧杯壁（且浸入的体积和深度与在水中时相同），待电子秤示数稳定后，记录此时的示数为$m_4$；同理，小铁块在盐水中受到的浮力$F_{浮盐水}=(m_4 - m_3)g$。
3. 对比$F_{浮水}$和$F_{浮盐水}$的大小，若二者不相等，则验证浮力大小与液体密度有关。
实验数据记录表格：
|液体种类|铁块放入前电子秤示数$m/kg$|铁块放入后电子秤示数$m/kg$|电子秤增加的示数$\Delta m/kg$|浮力的大小$F_{浮}/N$|
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|水| | | | |
|盐水| | | | |
【答案】
实验步骤:① 将盛有水的烧杯放在电子秤上,记录此时电子秤的示数为$m_1$;用细线拴住小铁块,用手提着小铁块,将小铁块慢慢浸入水中,不能接触烧杯底和烧杯壁,记录此时电子秤的示数为$m_2$;小铁块在水中受到的浮力$F_{浮水}=(m₂-m₁)g$;② 将盛有盐水的烧杯放在电子秤上,记录此时电子秤的示数为$m_3$;用细线拴住小铁块,用手提着小铁块,将小铁块慢慢浸入盐水中,不能接触烧杯底和烧杯壁,记录此时电子秤的示数为$m_4$;小铁块在盐水中受到的浮力$F_{浮盐水}=(m₄-m₃)g$。
实验数据记录表格：
|液体种类|铁块放入前电子秤示数$m/kg$|铁块放入后电子秤示数$m/kg$|电子秤增加的示数$\Delta m/kg$|浮力的大小$F_{浮}/N$|
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|水| | | | |
|盐水| | | | |
【知识点】
控制变量法、浮力的间接测量、力的作用相互性
【点评】
本实验巧妙利用力的作用相互性，将浮力的测量转换为电子秤示数变化的测量，通过控制变量法保证小铁块排开液体的体积相同，改变液体密度，从而验证浮力与液体密度的关系，实验设计科学合理，操作简便易实现。
【难度系数】
0.6
7. 小明在厨房帮妈妈煮饺子,发现饺子刚入锅时沉在水底,一段时间后饺子鼓起来了,煮熟后漂浮在水面上。小明猜想,物体受到的浮力大小可能与它排开液体的体积有关,于是设计实验进行探究。他把适量砂子装入气球,并充入少量空气,制成一个“饺子”进行了如下实验。实验中充入“饺子”的空气质量忽略不计。
(1) 从饺子放入锅里到沉在锅底,这一过程饺子所受液体的压强
(2) 测“饺子”受到的重力前,测力计应在
(3) 如图乙“饺子”沉底时,受到的浮力F乙与重力G的大小关系为F乙
(4) 用测力计把“饺子”竖直拉离水底在水中静止,测力计示数如图丙,它受到的浮力F丙=
(5) 向“饺子”中充入适量空气,体积变大,仍浸入水中,测力计的示数如图丁所示,此时它受到的浮力为F丁,则F丁与F丙的大小关系为F丁
(6) 向“饺子”中充入更多的空气,再浸入水中,“饺子”排开水的体积更大,最终漂浮在水面上,如图戊所示。至此,小明验证了自己的猜想,即物体受到的浮力大小与它排开液体的体积有关,且排开液体的体积越大,所受浮力越
(1) 从饺子放入锅里到沉在锅底,这一过程饺子所受液体的压强
变大
；小明发现刚开始饺子是沉底的,很容易粘锅。他记得在这种情况下妈妈总是让勺口朝下,用勺子去搅动饺子,但记不得是用勺背推还是用勺往回拉。请你运用学过的知识帮小明判断这个动作应该是推
(选填“推”或“拉”)。(2) 测“饺子”受到的重力前,测力计应在
竖直
(选填“水平”或“竖直”)方向进行调零。(3) 如图乙“饺子”沉底时,受到的浮力F乙与重力G的大小关系为F乙
＜
(选填“＞”“＜”或“=”)G。(4) 用测力计把“饺子”竖直拉离水底在水中静止,测力计示数如图丙,它受到的浮力F丙=
0.6
N。(5) 向“饺子”中充入适量空气,体积变大,仍浸入水中,测力计的示数如图丁所示,此时它受到的浮力为F丁,则F丁与F丙的大小关系为F丁
＞
(选填“＞”“＜”或“=”)F丙。(6) 向“饺子”中充入更多的空气,再浸入水中,“饺子”排开水的体积更大,最终漂浮在水面上,如图戊所示。至此,小明验证了自己的猜想,即物体受到的浮力大小与它排开液体的体积有关,且排开液体的体积越大,所受浮力越
大
。答案
（1）变大 推 （2）竖直 （3）＜ （4）0.6 （5）＞ （6）大
解析
【分析】
1. 第(1)问：根据液体压强公式$p=\rho gh$，饺子下沉过程中深度$h$增大，液体密度$\rho$不变，所以压强变大；用勺口朝下推饺子时，勺子对饺子施加向上的力，能让饺子与锅底分离，避免粘锅，因此选“推”。
2. 第(2)问：弹簧测力计测量重力时，重力方向竖直向下，为保证测量准确，测力计需在竖直方向调零。
3. 第(3)问：物体沉底时，处于下沉状态，重力大于浮力，即$F_{乙}＜G$。
4. 第(4)问：利用称重法测浮力，浮力等于物体重力减去测力计的拉力，先从甲图得出重力，再结合丙图示数计算浮力。
5. 第(5)问：充入空气后“饺子”排开液体体积变大，根据称重法计算浮力，或结合阿基米德原理，可判断$F_{丁}$大于$F_{丙}$。
6. 第(6)问：根据实验现象，排开液体体积越大，测力计示数越小，浮力越大，验证浮力与排开液体体积的关系。
【解析】
(1) 饺子从放入到沉底，深度$h$增大，由$p=\rho gh$可知，液体密度$\rho$不变，$h$变大，所受液体压强变大；用勺口朝下推饺子，可使饺子与锅底分离，防止粘锅，故填“推”。
(2) 弹簧测力计测量重力时，重力方向竖直向下，因此测力计应在竖直方向调零，确保测量准确。
(3) 饺子沉底时，物体处于下沉状态，重力大于浮力，即$F_{乙}＜G$。
(4) 由图甲可知，“饺子”的重力$G=1.6N$，图丙中测力计示数$F_{示丙}=1.0N$，根据称重法：$F_{丙}=G-F_{示丙}=1.6N-1.0N=0.6N$。
(5) 图丁中测力计示数$F_{示丁}=0.7N$，则$F_{丁}=G-F_{示丁}=1.6N-0.7N=0.9N$，因为$0.9N＞0.6N$，所以$F_{丁}＞F_{丙}$。
(6) 实验中“饺子”排开液体体积越大，浮力越大，说明物体排开液体的体积越大，所受浮力越大。
【答案】
(1) 变大；推
(2) 竖直
(3) ＜
(4) 0.6
(5) ＞
(6) 大
【知识点】
液体压强影响因素；称重法测浮力；阿基米德原理
【点评】
本题通过模拟饺子浮沉的实验，结合液体压强、测力计使用、浮沉条件等知识，探究浮力与排开液体体积的关系，实验贴近生活，考查对基础物理知识的应用能力，帮助理解物理原理在生活中的体现。
【难度系数】
0.6
1. 第(1)问：根据液体压强公式$p=\rho gh$，饺子下沉过程中深度$h$增大，液体密度$\rho$不变，所以压强变大；用勺口朝下推饺子时，勺子对饺子施加向上的力，能让饺子与锅底分离，避免粘锅，因此选“推”。
2. 第(2)问：弹簧测力计测量重力时，重力方向竖直向下，为保证测量准确，测力计需在竖直方向调零。
3. 第(3)问：物体沉底时，处于下沉状态，重力大于浮力，即$F_{乙}＜G$。
4. 第(4)问：利用称重法测浮力，浮力等于物体重力减去测力计的拉力，先从甲图得出重力，再结合丙图示数计算浮力。
5. 第(5)问：充入空气后“饺子”排开液体体积变大，根据称重法计算浮力，或结合阿基米德原理，可判断$F_{丁}$大于$F_{丙}$。
6. 第(6)问：根据实验现象，排开液体体积越大，测力计示数越小，浮力越大，验证浮力与排开液体体积的关系。
【解析】
(1) 饺子从放入到沉底，深度$h$增大，由$p=\rho gh$可知，液体密度$\rho$不变，$h$变大，所受液体压强变大；用勺口朝下推饺子，可使饺子与锅底分离，防止粘锅，故填“推”。
(2) 弹簧测力计测量重力时，重力方向竖直向下，因此测力计应在竖直方向调零，确保测量准确。
(3) 饺子沉底时，物体处于下沉状态，重力大于浮力，即$F_{乙}＜G$。
(4) 由图甲可知，“饺子”的重力$G=1.6N$，图丙中测力计示数$F_{示丙}=1.0N$，根据称重法：$F_{丙}=G-F_{示丙}=1.6N-1.0N=0.6N$。
(5) 图丁中测力计示数$F_{示丁}=0.7N$，则$F_{丁}=G-F_{示丁}=1.6N-0.7N=0.9N$，因为$0.9N＞0.6N$，所以$F_{丁}＞F_{丙}$。
(6) 实验中“饺子”排开液体体积越大，浮力越大，说明物体排开液体的体积越大，所受浮力越大。
【答案】
(1) 变大；推
(2) 竖直
(3) ＜
(4) 0.6
(5) ＞
(6) 大
【知识点】
液体压强影响因素；称重法测浮力；阿基米德原理
【点评】
本题通过模拟饺子浮沉的实验，结合液体压强、测力计使用、浮沉条件等知识，探究浮力与排开液体体积的关系，实验贴近生活，考查对基础物理知识的应用能力，帮助理解物理原理在生活中的体现。
【难度系数】
0.6
