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5. (★★★)【探究名称】探究浮力大小与物体的形状是否有关(如图10.1-7所示)。
【问题】某同学探究完浮力大小与液体密度和物体排开液体体积的关系后,还想知道浮力大小是否与物体的形状有关。于是,该同学进行了如下探究。
【证据】该同学用一块橡皮泥(不吸水)、一个弹簧测力计、烧杯、水和细线,按如下步骤进行实验。
①如图a所示,用弹簧测力计测出橡皮泥的重力为
②如图b所示,将橡皮泥捏成实心长方体并浸没在水中,读出弹簧测力计的示数;
③如图c所示,将同一块橡皮泥捏成实心圆柱体并浸没在水中,读出弹簧测力计的示数;
④如图d所示,将同一块橡皮泥捏成实心球体并浸没在水中,读出弹簧测力计的示数。
【解释】
(1)图b中橡皮泥受到的浮力大小为
(2)由以上实验可知,浮力大小与物体的形状
【交流】
(3)本实验在其他因素都相同的前提下,只改变物体的形状来进行探究,在物理学中,这种研究方法称为
(4)在第④步实验中,将橡皮泥从图d位置向下移放到图e位置时,深度增加,橡皮泥所受浮力大小
【问题】某同学探究完浮力大小与液体密度和物体排开液体体积的关系后,还想知道浮力大小是否与物体的形状有关。于是,该同学进行了如下探究。
【证据】该同学用一块橡皮泥(不吸水)、一个弹簧测力计、烧杯、水和细线,按如下步骤进行实验。
①如图a所示,用弹簧测力计测出橡皮泥的重力为
4
N;②如图b所示,将橡皮泥捏成实心长方体并浸没在水中,读出弹簧测力计的示数;
③如图c所示,将同一块橡皮泥捏成实心圆柱体并浸没在水中,读出弹簧测力计的示数;
④如图d所示,将同一块橡皮泥捏成实心球体并浸没在水中,读出弹簧测力计的示数。
【解释】
(1)图b中橡皮泥受到的浮力大小为
2
N。(2)由以上实验可知,浮力大小与物体的形状
无关
。【交流】
(3)本实验在其他因素都相同的前提下,只改变物体的形状来进行探究,在物理学中,这种研究方法称为
控制变量法
。(4)在第④步实验中,将橡皮泥从图d位置向下移放到图e位置时,深度增加,橡皮泥所受浮力大小
不变
(填“变大”“变小”或“不变”),说明浮力大小与浸没深度
无关。答案
4
2
无关
控制变量法
不变
浸没深度
2
无关
控制变量法
不变
浸没深度
解析
【分析】
1. 首先读取弹簧测力计的示数：观察图a的弹簧测力计，其分度值为0.2N，指针指向4N，可得出橡皮泥的重力为4N。
2. 计算图b中橡皮泥的浮力：利用称重法测浮力，公式为$F_{浮}=G-F_{示}$，已知重力$G=4N$，图b中测力计示数为2N，代入可算出浮力。
3. 判断浮力与形状的关系：对比图b、c、d，橡皮泥形状不同，但均浸没在水中，排开液体的体积和液体密度相同，弹簧测力计示数相同，说明浮力相同，因此浮力与形状无关。
4. 识别研究方法：实验中控制液体密度、排开液体体积不变，只改变物体形状，这种方法是控制变量法。
5. 分析浮力与浸没深度的关系：图d到e，橡皮泥已浸没，深度增加但排开液体体积不变，根据阿基米德原理，浮力不变，说明浮力与浸没深度无关。
【解析】
① 弹簧测力计的分度值为0.2N，图a中指针指向4N，故橡皮泥的重力$G=4N$。
(1) 图b中弹簧测力计的示数$F_{示}=2N$，根据称重法测浮力的公式$F_{浮}=G-F_{示}$，可得橡皮泥受到的浮力：
$F_{浮}=4N-2N=2N$。
(2) 由图b、c、d可知，橡皮泥的形状不同，但都浸没在水中，排开水的体积和水的密度均相同，弹簧测力计的示数均为2N，说明橡皮泥受到的浮力均为2N，因此浮力大小与物体的形状无关。
(3) 实验中控制液体密度、物体排开液体的体积这两个因素不变，只改变物体的形状来探究浮力的变化，这种研究方法称为控制变量法。
(4) 将橡皮泥从图d位置移到图e位置时，橡皮泥始终浸没在水中，排开水的体积不变，水的密度也不变，根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$可知，橡皮泥所受浮力大小不变，说明浮力大小与浸没深度无关。
【答案】
4；2；无关；控制变量法；不变；浸没深度
【知识点】
称重法测浮力；阿基米德原理；控制变量法
【点评】
本题通过探究浮力与物体形状的关系，综合考查了称重法测浮力的应用、控制变量法的使用以及对阿基米德原理的理解，重点在于引导学生掌握控制变量法在探究实验中的应用，以及明确浸没在液体中的物体，浮力大小与浸没深度无关。
【难度系数】
0.6
1. 首先读取弹簧测力计的示数：观察图a的弹簧测力计，其分度值为0.2N，指针指向4N，可得出橡皮泥的重力为4N。
2. 计算图b中橡皮泥的浮力：利用称重法测浮力，公式为$F_{浮}=G-F_{示}$，已知重力$G=4N$，图b中测力计示数为2N，代入可算出浮力。
3. 判断浮力与形状的关系：对比图b、c、d，橡皮泥形状不同，但均浸没在水中，排开液体的体积和液体密度相同，弹簧测力计示数相同，说明浮力相同，因此浮力与形状无关。
4. 识别研究方法：实验中控制液体密度、排开液体体积不变，只改变物体形状，这种方法是控制变量法。
5. 分析浮力与浸没深度的关系：图d到e，橡皮泥已浸没，深度增加但排开液体体积不变，根据阿基米德原理，浮力不变，说明浮力与浸没深度无关。
【解析】
① 弹簧测力计的分度值为0.2N，图a中指针指向4N，故橡皮泥的重力$G=4N$。
(1) 图b中弹簧测力计的示数$F_{示}=2N$，根据称重法测浮力的公式$F_{浮}=G-F_{示}$，可得橡皮泥受到的浮力：
$F_{浮}=4N-2N=2N$。
(2) 由图b、c、d可知，橡皮泥的形状不同，但都浸没在水中，排开水的体积和水的密度均相同，弹簧测力计的示数均为2N，说明橡皮泥受到的浮力均为2N，因此浮力大小与物体的形状无关。
(3) 实验中控制液体密度、物体排开液体的体积这两个因素不变，只改变物体的形状来探究浮力的变化，这种研究方法称为控制变量法。
(4) 将橡皮泥从图d位置移到图e位置时，橡皮泥始终浸没在水中，排开水的体积不变，水的密度也不变，根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$可知，橡皮泥所受浮力大小不变，说明浮力大小与浸没深度无关。
【答案】
4；2；无关；控制变量法；不变；浸没深度
【知识点】
称重法测浮力；阿基米德原理；控制变量法
【点评】
本题通过探究浮力与物体形状的关系，综合考查了称重法测浮力的应用、控制变量法的使用以及对阿基米德原理的理解，重点在于引导学生掌握控制变量法在探究实验中的应用，以及明确浸没在液体中的物体，浮力大小与浸没深度无关。
【难度系数】
0.6
6. (★★)以下物体未受到浮力的是 【 】
A.漂在水面上的木板
B.在水中静止的鱼
C.立于河底的桥墩
D.沉底的石块
A.漂在水面上的木板
B.在水中静止的鱼
C.立于河底的桥墩
D.沉底的石块
答案
C
解析
【分析】
要判断物体是否受到浮力，需明确浮力产生的本质：浸在液体中的物体，其上下表面受到液体的压力差是浮力的来源。解题时需逐个分析选项中物体的受力情况，看是否存在上下表面的液体压力差：
1. 漂在水面的木板，下表面受到水向上的压力，上表面受到的压力远小于下表面，存在压力差，因此受浮力；
2. 在水中静止的鱼，身体浸没在水中，上下表面存在水的压力差，受到浮力；
3. 立于河底的桥墩，底部与河底紧密接触，下表面没有水，不存在向上的压力，上下表面无压力差，因此不受浮力；
4. 沉底的石块，虽然沉在水底，但底部仍有少量水，下表面受到水向上的压力，与上表面的压力形成压力差，受到浮力。
【解析】
根据浮力产生的条件：浸在液体中的物体，上下表面存在液体压力差时才会受到浮力。
选项A：漂在水面的木板，下表面受水向上的压力，上表面压力小，存在压力差，受浮力；
选项B：在水中静止的鱼，身体上下表面存在水的压力差，受浮力；
选项C：立于河底的桥墩，底部与河底接触，下表面不受水的压力，无压力差，不受浮力；
选项D：沉底的石块，底部仍受水向上的压力，与上表面压力形成压力差，受浮力。
【答案】
C
【知识点】
浮力产生的原因
【点评】
本题考查对浮力产生本质的理解，易错点在于区分沉底物体与立于河底的桥墩的受力差异，沉底物体底部仍有液体，存在压力差，而桥墩底部无液体，无压力差，需准确把握浮力的产生条件。
【难度系数】
0.6
要判断物体是否受到浮力，需明确浮力产生的本质：浸在液体中的物体，其上下表面受到液体的压力差是浮力的来源。解题时需逐个分析选项中物体的受力情况，看是否存在上下表面的液体压力差：
1. 漂在水面的木板，下表面受到水向上的压力，上表面受到的压力远小于下表面，存在压力差，因此受浮力；
2. 在水中静止的鱼，身体浸没在水中，上下表面存在水的压力差，受到浮力；
3. 立于河底的桥墩，底部与河底紧密接触，下表面没有水，不存在向上的压力，上下表面无压力差，因此不受浮力；
4. 沉底的石块，虽然沉在水底，但底部仍有少量水，下表面受到水向上的压力，与上表面的压力形成压力差，受到浮力。
【解析】
根据浮力产生的条件：浸在液体中的物体，上下表面存在液体压力差时才会受到浮力。
选项A：漂在水面的木板，下表面受水向上的压力，上表面压力小，存在压力差，受浮力；
选项B：在水中静止的鱼，身体上下表面存在水的压力差，受浮力；
选项C：立于河底的桥墩，底部与河底接触，下表面不受水的压力，无压力差，不受浮力；
选项D：沉底的石块，底部仍受水向上的压力，与上表面压力形成压力差，受浮力。
【答案】
C
【知识点】
浮力产生的原因
【点评】
本题考查对浮力产生本质的理解，易错点在于区分沉底物体与立于河底的桥墩的受力差异，沉底物体底部仍有液体，存在压力差，而桥墩底部无液体，无压力差，需准确把握浮力的产生条件。
【难度系数】
0.6
7. (★★)如图10.1-8所示,将同一个长方体分别以竖直和水平的方式放置在盛水的容器中,则长方体上、下表面受到水的压力差 【 】
A.竖放时大
B.平放时大
C.一样大
D.无法比较
A.竖放时大
B.平放时大
C.一样大
D.无法比较
答案
C
解析
【分析】
我们可以从浮力的产生原因和阿基米德原理入手分析：
1. 首先回忆浮力的实质：浸在液体中的物体受到的浮力等于其上、下表面受到液体的压力差，即$ F_{浮}=F_{下}-F_{上} $，因此上、下表面的压力差等于物体受到的浮力。
2. 同一个长方体，无论竖直放置还是水平放置，排开水的体积都等于自身的体积，即$ V_{排} $相等。
3. 根据阿基米德原理$ F_{浮}=\rho_{液}gV_{排} $，在水中（$ \rho_{水} $、g均不变），$ V_{排} $相等则浮力相等，因此两种放置方式下，长方体上、下表面的压力差相等。
【解析】
步骤1：明确浮力的产生原因
浸在液体中的物体，受到的浮力等于物体上、下表面受到的液体压力差，即：
$ F_{浮} = F_{下} - F_{上} $
步骤2：分析排液体积
同一个长方体，竖直放置与水平放置时，排开水的体积均等于长方体的体积，即：
$ V_{排竖} = V_{排平} = V_{物} $
步骤3：利用阿基米德原理比较浮力大小
根据阿基米德原理$ F_{浮} = \rho_{液}gV_{排} $，水的密度$ \rho_{水} $和常量g均不变，且$ V_{排竖}=V_{排平} $，因此：
$ F_{浮竖} = F_{浮平} $
步骤4：推导压力差的关系
由$ F_{浮}=F_{下}-F_{上} $可知，浮力等于上、下表面的压力差，因为两种放置方式下浮力相等，所以长方体上、下表面受到水的压力差一样大。
【答案】
C
【知识点】
浮力的产生原因；阿基米德原理
【点评】
本题核心考查浮力的实质与阿基米德原理的综合应用，易错点是容易错误认为“竖放时上下表面高度差大，压力差更大”，解题的关键是抓住“浮力等于上下表面压力差”，结合排液体积不变判断浮力大小，进而得出压力差的关系。
【难度系数】
0.6
我们可以从浮力的产生原因和阿基米德原理入手分析：
1. 首先回忆浮力的实质：浸在液体中的物体受到的浮力等于其上、下表面受到液体的压力差，即$ F_{浮}=F_{下}-F_{上} $，因此上、下表面的压力差等于物体受到的浮力。
2. 同一个长方体，无论竖直放置还是水平放置，排开水的体积都等于自身的体积，即$ V_{排} $相等。
3. 根据阿基米德原理$ F_{浮}=\rho_{液}gV_{排} $，在水中（$ \rho_{水} $、g均不变），$ V_{排} $相等则浮力相等，因此两种放置方式下，长方体上、下表面的压力差相等。
【解析】
步骤1：明确浮力的产生原因
浸在液体中的物体，受到的浮力等于物体上、下表面受到的液体压力差，即：
$ F_{浮} = F_{下} - F_{上} $
步骤2：分析排液体积
同一个长方体，竖直放置与水平放置时，排开水的体积均等于长方体的体积，即：
$ V_{排竖} = V_{排平} = V_{物} $
步骤3：利用阿基米德原理比较浮力大小
根据阿基米德原理$ F_{浮} = \rho_{液}gV_{排} $，水的密度$ \rho_{水} $和常量g均不变，且$ V_{排竖}=V_{排平} $，因此：
$ F_{浮竖} = F_{浮平} $
步骤4：推导压力差的关系
由$ F_{浮}=F_{下}-F_{上} $可知，浮力等于上、下表面的压力差，因为两种放置方式下浮力相等，所以长方体上、下表面受到水的压力差一样大。
【答案】
C
【知识点】
浮力的产生原因；阿基米德原理
【点评】
本题核心考查浮力的实质与阿基米德原理的综合应用，易错点是容易错误认为“竖放时上下表面高度差大，压力差更大”，解题的关键是抓住“浮力等于上下表面压力差”，结合排液体积不变判断浮力大小，进而得出压力差的关系。
【难度系数】
0.6
