登录
《诗经·大雅·大明》中提到：“文定厥祥,亲迎于渭。造舟为梁,不显其光。”公元前12世纪,周文王为迎娶太姒,需跨越渭水。由于渭水水流湍急且无固定桥梁,周人将船只横向排列于水面,用绳索固定并铺设木板,架设成一座临时浮桥,确保桥面能够承载行人通过。这是中国历史上最早的关于浮桥的文字记录。船只受到的浮力大小与排开水所受重力大小有何关系？
实验目的
1. 通过实验,探究浮力大小与排开水所受重力大小的关系,并认识阿基米德原理。
2. 用等效替换的方法理解阿基米德原理。
实验准备
弹簧测力计,水,细线,大烧杯,小烧杯,溢水杯,量筒,圆柱体物块等。
实验过程
1. 用弹簧测力计测量浮力大小。
(1)取一块圆柱体物块,把它挂在弹簧测力计下,测出它受到的重力为______。
(2)如图4-6所示,使圆柱体物块的一小部分浸入水中,观察弹簧测力计示数的变化,并记录此时弹簧测力计的示数为______。此时物块受到的浮力大小为______。
2. 定性研究浮力大小跟物体排开水的多少的关系。
(1)增大圆柱体物块浸入水中的体积,观察弹簧测力计示数的变化情况为______。
(2)把圆柱体物块浸没在水中,观察弹簧测力计示数的变化情况为______。
注意
“浸没”指全部浸入,“浸入”包括部分浸入和浸没。
3. 定量研究浮力大小跟物体排开水所受重力大小的关系。
(1)向溢水杯中缓慢注入水,直至水从溢水口自然流出,待溢水口停止滴水,再将空的小烧杯放在溢水杯的出水口下方。
(2)如图4-7所示,用弹簧测力计测出物块所受的重力G。
(3)如图4-8所示,将物块浸入溢水杯的水中,用空烧杯承接从溢水杯里排出的水,读出弹簧测力计的示数F。
(4)将小烧杯中的水倒入量筒内,测出它的体积$V_{排}$。
(5)计算出排开的水所受的重力$G_{排}$。
(6)将上述数据填入表4-4中。
表4-4 记录表
|物块所受重力G/N|物块浸入水中后,弹簧测力计的示数F/N|物块所受浮力$F_{浮}$/N|物块排开水的体积$V_{排}/cm^{3}$|物块排开水所受重力$G_{排}$/N|
|______|______|______|______|______|
(7)分析表4-4中的数据,得出结论：物体浸入水中所受浮力大小与排开水所受重力大小的关系为______。
4. 利用下表对实验过程进行评价。
表4-5 浮力大小与排开水所受重力大小的关系评价量表
|评价指标|评价内容(请根据真实表现判断,做到的在“是”栏画“√”,未做到的在“否”栏画“√”)|自我评价|小结|
|||是|否|
|器材选择|(1)选用合适规格的烧杯和量筒|□|□||
||(2)正确使用溢水杯|□|□||
|操作规范|(3)正确使用弹簧测力计|□|□||
||(4)正确使用量筒|□|□||
|数据记录|(5)能及时、准确地记录实验数据|□|□||
|分析总结|(6)通过受力分析得出物块所受浮力的大小|□|□||
||(7)根据实验数据,正确计算出排开的水所受重力|□|□||
||(8)分析记录表中的数据,得出浮力大小与排开水所受重力大小的关系|□|□||
|实验习惯|(9)实验结束后,整理实验器材|□|□||
思考与讨论
1. 有一金属块,如果先后将其浸没在水中1 m和2 m深处,后者受到的浮力是否为前者的2倍？如何操作才能使金属块在前后两次浸入水中时受到的浮力存在2倍的数量关系？
2. 若将同一物体分别浸没在不同液体中,则该物体受到的浮力大小是否相同？为什么？
3. 两个物体的体积相等,但所受的重力不相等。如果将它们浸没在水中,那么它们所受的浮力相等吗？为什么？
拓展研究
潜艇能在水中自由地上浮和下潜,主要是通过改变自身重力来实现的。我们可以利用这一原理制作一个简易的浮沉子,使其在水中实现自由上浮和下潜。
使用下列材料制作一个浮沉子：矿泉水瓶(带盖,确保密封性良好)、口服液小药瓶或其他小玻璃瓶、水等。请阐述设计原理、制作步骤、测试方法及注意事项。
实验目的
1. 通过实验,探究浮力大小与排开水所受重力大小的关系,并认识阿基米德原理。
2. 用等效替换的方法理解阿基米德原理。
实验准备
弹簧测力计,水,细线,大烧杯,小烧杯,溢水杯,量筒,圆柱体物块等。
实验过程
1. 用弹簧测力计测量浮力大小。
(1)取一块圆柱体物块,把它挂在弹簧测力计下,测出它受到的重力为______。
(2)如图4-6所示,使圆柱体物块的一小部分浸入水中,观察弹簧测力计示数的变化,并记录此时弹簧测力计的示数为______。此时物块受到的浮力大小为______。
2. 定性研究浮力大小跟物体排开水的多少的关系。
(1)增大圆柱体物块浸入水中的体积,观察弹簧测力计示数的变化情况为______。
(2)把圆柱体物块浸没在水中,观察弹簧测力计示数的变化情况为______。
注意
“浸没”指全部浸入,“浸入”包括部分浸入和浸没。
3. 定量研究浮力大小跟物体排开水所受重力大小的关系。
(1)向溢水杯中缓慢注入水,直至水从溢水口自然流出,待溢水口停止滴水,再将空的小烧杯放在溢水杯的出水口下方。
(2)如图4-7所示,用弹簧测力计测出物块所受的重力G。
(3)如图4-8所示,将物块浸入溢水杯的水中,用空烧杯承接从溢水杯里排出的水,读出弹簧测力计的示数F。
(4)将小烧杯中的水倒入量筒内,测出它的体积$V_{排}$。
(5)计算出排开的水所受的重力$G_{排}$。
(6)将上述数据填入表4-4中。
表4-4 记录表
|物块所受重力G/N|物块浸入水中后,弹簧测力计的示数F/N|物块所受浮力$F_{浮}$/N|物块排开水的体积$V_{排}/cm^{3}$|物块排开水所受重力$G_{排}$/N|
|______|______|______|______|______|
(7)分析表4-4中的数据,得出结论：物体浸入水中所受浮力大小与排开水所受重力大小的关系为______。
4. 利用下表对实验过程进行评价。
表4-5 浮力大小与排开水所受重力大小的关系评价量表
|评价指标|评价内容(请根据真实表现判断,做到的在“是”栏画“√”,未做到的在“否”栏画“√”)|自我评价|小结|
|||是|否|
|器材选择|(1)选用合适规格的烧杯和量筒|□|□||
||(2)正确使用溢水杯|□|□||
|操作规范|(3)正确使用弹簧测力计|□|□||
||(4)正确使用量筒|□|□||
|数据记录|(5)能及时、准确地记录实验数据|□|□||
|分析总结|(6)通过受力分析得出物块所受浮力的大小|□|□||
||(7)根据实验数据,正确计算出排开的水所受重力|□|□||
||(8)分析记录表中的数据,得出浮力大小与排开水所受重力大小的关系|□|□||
|实验习惯|(9)实验结束后,整理实验器材|□|□||
思考与讨论
1. 有一金属块,如果先后将其浸没在水中1 m和2 m深处,后者受到的浮力是否为前者的2倍？如何操作才能使金属块在前后两次浸入水中时受到的浮力存在2倍的数量关系？
2. 若将同一物体分别浸没在不同液体中,则该物体受到的浮力大小是否相同？为什么？
3. 两个物体的体积相等,但所受的重力不相等。如果将它们浸没在水中,那么它们所受的浮力相等吗？为什么？
拓展研究
潜艇能在水中自由地上浮和下潜,主要是通过改变自身重力来实现的。我们可以利用这一原理制作一个简易的浮沉子,使其在水中实现自由上浮和下潜。
使用下列材料制作一个浮沉子：矿泉水瓶(带盖,确保密封性良好)、口服液小药瓶或其他小玻璃瓶、水等。请阐述设计原理、制作步骤、测试方法及注意事项。
答案
实验过程1(1)2.0N（示例）；(2)1.6N（示例）；0.4N（示例）；2(1)变小；(2)不变；3(7)浮力大小等于排开水所受重力大小（F浮=G排）；表4-4（示例数据）：2.0；1.6；0.4；40；0.4；思考与讨论1：否；使前后两次排开水的体积之比为1:2；2：不同；不同液体密度不同，F浮=ρ液gV排，V排相同，ρ液不同；3：相等；体积相等且浸没，V排相等，F浮=ρ液gV排相等；拓展研究：设计原理：通过改变浮沉子自身重力实现浮沉；制作步骤：1.矿泉水瓶装满水；2.口服液小药瓶装入适量水（使其漂浮）；3.将小药瓶开口向下放入矿泉水瓶，盖紧瓶盖；测试方法：挤压矿泉水瓶，小药瓶下沉，松开瓶盖，小药瓶上浮；注意事项：矿泉水瓶需密封良好，小药瓶初始水量适中以确保能漂浮。
解析
实验过程1通过称重法测浮力，浮力等于重力与浸入水中时弹簧测力计示数之差；定性研究中，物体浸入水中体积增大，排开水体积增大，浮力增大，弹簧测力计示数减小，浸没后体积不变，浮力不变，示数不变；定量研究通过测量排开水体积计算排开水重力，得出浮力与排开水重力关系；思考与讨论依据阿基米德原理（F浮=ρ液gV排）分析，浮力与液体密度和排开体积有关，与深度、物体重力无关；拓展研究利用改变自身重力实现浮沉。
