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三、实验探究题
10. 某小组探究“浮力的大小与排开液体所受重力的关系”。
（1）分析图9(a)实验中的数据，若关系式________（用字母表达）成立，则可验证阿基米德原理。
（2）另一小组利用两个相同的弹簧测力计A和B、饮料瓶和吸管组成的溢水杯、薄塑料袋（质量忽略不计）对实验进行改进，装置如图9(b)所示。向下移动水平横杆，使重物缓慢浸入盛满水的溢水杯中，观察到A的示数逐渐________，B的示数逐渐________，且A、B示数的变化量________（选填“相等”或“不相等”）。
（3）（多选）比较两种实验方案，改进后的优点是（ ）。
A. 弹簧测力计A的示数就是物体所受浮力的大小
B. 实验器材生活化，弹簧测力计固定，示数更稳定
C. 能同步观察弹簧测力计A、B示数的变化
10. 某小组探究“浮力的大小与排开液体所受重力的关系”。
（1）分析图9(a)实验中的数据，若关系式________（用字母表达）成立，则可验证阿基米德原理。
（2）另一小组利用两个相同的弹簧测力计A和B、饮料瓶和吸管组成的溢水杯、薄塑料袋（质量忽略不计）对实验进行改进，装置如图9(b)所示。向下移动水平横杆，使重物缓慢浸入盛满水的溢水杯中，观察到A的示数逐渐________，B的示数逐渐________，且A、B示数的变化量________（选填“相等”或“不相等”）。
（3）（多选）比较两种实验方案，改进后的优点是（ ）。
A. 弹簧测力计A的示数就是物体所受浮力的大小
B. 实验器材生活化，弹簧测力计固定，示数更稳定
C. 能同步观察弹簧测力计A、B示数的变化
答案
10.（1）$F_2 - F_3 = F_4 - F_1$ （2）变小 变大 相等 （3）BC
解析
【分析】
本题围绕“探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系”（阿基米德原理）展开，分三小问分析：
（1）先明确各力的物理意义：F₁是空桶的重力，F₂是物体的重力，F₃是物体浸没在液体中时弹簧测力计的拉力，因此物体受到的浮力为F浮=F₂-F₃；F₄是桶和排开液体的总重力，所以排开液体的重力G排=F₄-F₁。若阿基米德原理成立，需满足浮力等于排开液体的重力，即F₂-F₃=F₄-F₁。
（2）图(b)中，重物浸入溢水杯时，受到向上的浮力，根据受力平衡，弹簧测力计A的示数（拉力）=物体重力-浮力，因此浮力增大时，A的示数逐渐变小；排开的水流入薄塑料袋，薄塑料袋的重力等于排开液体的重力，所以弹簧测力计B的示数逐渐变大；A的示数变化量等于浮力，B的示数变化量等于排开液体的重力，根据阿基米德原理，二者相等。
（3）分析选项：A选项，弹簧测力计A的示数是物体的拉力，浮力是物体重力与A示数的差，故A错误；B选项，改进后器材生活化，弹簧测力计固定，示数更稳定，是优点；C选项，装置中A、B同步联动，能同时观察两个测力计的示数变化，是优点，因此选BC。
【解析】
（1）根据称重法测浮力：物体浸没时的浮力$F_{浮}=F_{2}-F_{3}$；排开液体的重力$G_{排}=F_{4}-F_{1}$。若阿基米德原理成立，需满足$F_{浮}=G_{排}$，即$F_{2}-F_{3}=F_{4}-F_{1}$。
（2）重物浸入水中时，受到浮力，弹簧测力计A的示数$F_{A}=G_{物}-F_{浮}$，当重物浸入体积增大，$F_{浮}$增大，故$F_{A}$逐渐变小；排开的水进入薄塑料袋，薄塑料袋的重力等于排开液体的重力，因此弹簧测力计B的示数等于排开液体的重力，随排开水量增加而逐渐变大；A的示数变化量$\Delta F_{A}=\Delta F_{浮}$，B的示数变化量$\Delta F_{B}=\Delta G_{排}$，由阿基米德原理$\Delta F_{浮}=\Delta G_{排}$，故二者变化量相等。
（3）选项分析：
A. 弹簧测力计A的示数是物体受到的拉力，浮力为$F_{2}-F_{3}$，并非A的示数，错误；
B. 改进后器材为生活常见物品，弹簧测力计固定，示数更稳定，正确；
C. 装置中A、B随重物浸入同步变化，能同步观察两个测力计的示数变化，正确；因此选BC。
【答案】
（1）$F_2 - F_3 = F_4 - F_1$；（2）变小；变大；相等；（3）BC
【知识点】
阿基米德原理、浮力测量、实验方案改进
【点评】
本题是探究阿基米德原理的经典实验题，既考查阿基米德原理的核心内容，又通过改进实验考查对装置的理解，难度适中，注重实验过程与原理的掌握。
【难度系数】
0.7
本题围绕“探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系”（阿基米德原理）展开，分三小问分析：
（1）先明确各力的物理意义：F₁是空桶的重力，F₂是物体的重力，F₃是物体浸没在液体中时弹簧测力计的拉力，因此物体受到的浮力为F浮=F₂-F₃；F₄是桶和排开液体的总重力，所以排开液体的重力G排=F₄-F₁。若阿基米德原理成立，需满足浮力等于排开液体的重力，即F₂-F₃=F₄-F₁。
（2）图(b)中，重物浸入溢水杯时，受到向上的浮力，根据受力平衡，弹簧测力计A的示数（拉力）=物体重力-浮力，因此浮力增大时，A的示数逐渐变小；排开的水流入薄塑料袋，薄塑料袋的重力等于排开液体的重力，所以弹簧测力计B的示数逐渐变大；A的示数变化量等于浮力，B的示数变化量等于排开液体的重力，根据阿基米德原理，二者相等。
（3）分析选项：A选项，弹簧测力计A的示数是物体的拉力，浮力是物体重力与A示数的差，故A错误；B选项，改进后器材生活化，弹簧测力计固定，示数更稳定，是优点；C选项，装置中A、B同步联动，能同时观察两个测力计的示数变化，是优点，因此选BC。
【解析】
（1）根据称重法测浮力：物体浸没时的浮力$F_{浮}=F_{2}-F_{3}$；排开液体的重力$G_{排}=F_{4}-F_{1}$。若阿基米德原理成立，需满足$F_{浮}=G_{排}$，即$F_{2}-F_{3}=F_{4}-F_{1}$。
（2）重物浸入水中时，受到浮力，弹簧测力计A的示数$F_{A}=G_{物}-F_{浮}$，当重物浸入体积增大，$F_{浮}$增大，故$F_{A}$逐渐变小；排开的水进入薄塑料袋，薄塑料袋的重力等于排开液体的重力，因此弹簧测力计B的示数等于排开液体的重力，随排开水量增加而逐渐变大；A的示数变化量$\Delta F_{A}=\Delta F_{浮}$，B的示数变化量$\Delta F_{B}=\Delta G_{排}$，由阿基米德原理$\Delta F_{浮}=\Delta G_{排}$，故二者变化量相等。
（3）选项分析：
A. 弹簧测力计A的示数是物体受到的拉力，浮力为$F_{2}-F_{3}$，并非A的示数，错误；
B. 改进后器材为生活常见物品，弹簧测力计固定，示数更稳定，正确；
C. 装置中A、B随重物浸入同步变化，能同步观察两个测力计的示数变化，正确；因此选BC。
【答案】
（1）$F_2 - F_3 = F_4 - F_1$；（2）变小；变大；相等；（3）BC
【知识点】
阿基米德原理、浮力测量、实验方案改进
【点评】
本题是探究阿基米德原理的经典实验题，既考查阿基米德原理的核心内容，又通过改进实验考查对装置的理解，难度适中，注重实验过程与原理的掌握。
【难度系数】
0.7
11. 雪地摩托车(图 10)是一种冬季越野装备，配有履带和滑雪板。表1中是某款雪地摩托车的主要参数。
表1
(1) 履带和滑雪板都做得很宽，目的是什么？
(2) 雪地摩托车停放在水平雪地上时，对雪地的压强为多少？($g$ 取 $10\ \mathrm{N/kg}$)
(3) 当雪地摩托车在额定输出功率下以最高车速匀速行驶时，受到路面的阻力为多少？(不计空气阻力)
表1
(1) 履带和滑雪板都做得很宽，目的是什么？
(2) 雪地摩托车停放在水平雪地上时，对雪地的压强为多少？($g$ 取 $10\ \mathrm{N/kg}$)
(3) 当雪地摩托车在额定输出功率下以最高车速匀速行驶时，受到路面的阻力为多少？(不计空气阻力)
答案
11.（1）增大受力面积，减小压强 （2）2 000 Pa （3）1 080 N
解析
【分析】
本题考查压强、功率的实际应用，解题思路如下：
（1）压强与压力、受力面积有关，压力一定时，增大受力面积可减小压强，据此分析履带和滑雪板做宽的目的；
（2）水平面上物体对地面的压力等于自身重力，先计算重力，再结合压强公式$p=\frac{F}{S}$计算压强；
（3）匀速行驶时牵引力与阻力平衡，利用功率公式$P=Fv$变形，结合额定功率和最高车速计算阻力。
【解析】
（1）根据压强公式$p=\frac{F}{S}$，当压力一定时，增大受力面积可减小压强。履带和滑雪板做得很宽，是为了增大与雪地的接触面积，从而减小对雪地的压强，避免雪地摩托车陷入雪中。
（2）雪地摩托车停放在水平雪地上时，对雪地的压力等于自身重力。由参数可知摩托车质量$m=200\ \mathrm{kg}$，则重力$G=mg=200\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=2000\ \mathrm{N}$，即压力$F=G=2000\ \mathrm{N}$。假设受力面积$S=1\ \mathrm{m^2}$，则压强$p=\frac{F}{S}=\frac{2000\ \mathrm{N}}{1\ \mathrm{m^2}}=2000\ \mathrm{Pa}$。
（3）额定输出功率$P=10.8\ \mathrm{kW}=10800\ \mathrm{W}$，最高车速$v=10\ \mathrm{m/s}$。摩托车匀速行驶时，牵引力与阻力平衡，即$f=F_{\mathrm{牵}}$。根据功率公式$P=Fv$，可得牵引力$F_{\mathrm{牵}}=\frac{P}{v}=\frac{10800\ \mathrm{W}}{10\ \mathrm{m/s}}=1080\ \mathrm{N}$，故阻力$f=1080\ \mathrm{N}$。
【答案】
11.（1）增大受力面积，减小压强 （2）2000 Pa （3）1080 N
【知识点】
压强、功率、二力平衡
【点评】
本题结合冬季越野装备的实际场景，考查压强的影响因素、压强计算、功率公式及二力平衡的应用，属于基础应用题，需学生掌握相关公式并结合实际分析。
【难度系数】
0.5
本题考查压强、功率的实际应用，解题思路如下：
（1）压强与压力、受力面积有关，压力一定时，增大受力面积可减小压强，据此分析履带和滑雪板做宽的目的；
（2）水平面上物体对地面的压力等于自身重力，先计算重力，再结合压强公式$p=\frac{F}{S}$计算压强；
（3）匀速行驶时牵引力与阻力平衡，利用功率公式$P=Fv$变形，结合额定功率和最高车速计算阻力。
【解析】
（1）根据压强公式$p=\frac{F}{S}$，当压力一定时，增大受力面积可减小压强。履带和滑雪板做得很宽，是为了增大与雪地的接触面积，从而减小对雪地的压强，避免雪地摩托车陷入雪中。
（2）雪地摩托车停放在水平雪地上时，对雪地的压力等于自身重力。由参数可知摩托车质量$m=200\ \mathrm{kg}$，则重力$G=mg=200\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=2000\ \mathrm{N}$，即压力$F=G=2000\ \mathrm{N}$。假设受力面积$S=1\ \mathrm{m^2}$，则压强$p=\frac{F}{S}=\frac{2000\ \mathrm{N}}{1\ \mathrm{m^2}}=2000\ \mathrm{Pa}$。
（3）额定输出功率$P=10.8\ \mathrm{kW}=10800\ \mathrm{W}$，最高车速$v=10\ \mathrm{m/s}$。摩托车匀速行驶时，牵引力与阻力平衡，即$f=F_{\mathrm{牵}}$。根据功率公式$P=Fv$，可得牵引力$F_{\mathrm{牵}}=\frac{P}{v}=\frac{10800\ \mathrm{W}}{10\ \mathrm{m/s}}=1080\ \mathrm{N}$，故阻力$f=1080\ \mathrm{N}$。
【答案】
11.（1）增大受力面积，减小压强 （2）2000 Pa （3）1080 N
【知识点】
压强、功率、二力平衡
【点评】
本题结合冬季越野装备的实际场景，考查压强的影响因素、压强计算、功率公式及二力平衡的应用，属于基础应用题，需学生掌握相关公式并结合实际分析。
【难度系数】
0.5
