登录
3. 小明游泳时发现,人在水中越往深处走就越觉得所受的浮力变大,由此他猜想:浮力的大小可能与物体浸入水中的深度有关或者与物体浸入水中的体积有关。于是他找来一个金属圆柱体、弹簧测力计、烧杯和水等器材进行了如图10-1-11所示的探究。
(1)分析图中弹簧测力计示数的变化可知,物体浸入液体的体积越大,所受的浮力就
(2)小明绘制了弹簧测力计对金属圆柱体的拉力和金属圆柱体所受浮力随浸入液体深度变化的图像,如图10-1-11戊所示。分析图像可知,描述的是金属圆柱体所受浮力的变化情况的图线是
(3)在上述实验的基础上,请你再增加一个实验步骤,用来研究浮力大小与液体密度的关系:
(1)分析图中弹簧测力计示数的变化可知,物体浸入液体的体积越大,所受的浮力就
越大
(选填“越大”或“越小”)。(2)小明绘制了弹簧测力计对金属圆柱体的拉力和金属圆柱体所受浮力随浸入液体深度变化的图像,如图10-1-11戊所示。分析图像可知,描述的是金属圆柱体所受浮力的变化情况的图线是
a
(选填“a”或“b”);该金属圆柱体所受的重力为2.7
N,当金属圆柱体浸没水中后所受的浮力是1.0
N,金属圆柱体浸没水中后所受浮力大小与金属圆柱体所处的深度无
(选填“有”或“无”)关。(3)在上述实验的基础上,请你再增加一个实验步骤,用来研究浮力大小与液体密度的关系:
换用一杯密度不同的液体,将同一金属圆柱体浸没在液体中,观察弹簧测力计的示数,与题图丁中浮力大小进行比较得出结论
。答案
3. (1)越大 (2)a 2.7 1.0 无 (3)换用一杯密度不同的液体,将同一金属圆柱体浸没在液体中,观察弹簧测力计的示数,与题图丁中浮力大小进行比较得出结论
解析
【分析】
1. 对于第(1)问：观察甲、乙、丙、丁图，物体浸入液体的体积逐渐增大，弹簧测力计的示数逐渐减小。根据称重法测浮力公式$F_{浮}=G-F_{拉}$，拉力越小，浮力越大，因此可得出物体浸入液体的体积越大，浮力越大。
2. 对于第(2)问：
浮力的变化规律：物体刚开始浸入液体时，排开液体的体积随深度增加而增大，浮力逐渐变大；当物体完全浸没后，排开液体的体积不变，浮力保持不变。所以浮力随深度变化的图像是先上升后水平，对应图线a。
当物体未浸入液体时（深度为0），弹簧测力计的示数等于物体的重力，由图线b可知，此时拉力为2.7N，即物体重力$G=2.7N$。
物体完全浸没后，弹簧测力计示数为1.7N，根据称重法，浮力$F_{浮}=G-F_{拉}=2.7N-1.7N=1.0N$。
由图线a可知，物体浸没后，深度增加，浮力大小不变，说明浮力与浸没后的深度无关。
3. 对于第(3)问：要探究浮力与液体密度的关系，需控制物体排开液体的体积和浸没的深度相同，改变液体的密度。因此可换用密度不同的液体，将同一金属圆柱体浸没在液体中，测量弹簧测力计的示数，计算出浮力，与丁图中的浮力比较得出结论。
【解析】
(1) 由图甲到丙，物体浸入液体的体积增大，弹簧测力计示数减小，根据$F_{浮}=G-F_{拉}$，可知浮力变大，故物体浸入液体的体积越大，所受浮力越大。
(2) 浮力随深度的变化：初始阶段，深度增加，排开液体体积增大，浮力增大；完全浸没后，浮力不变，符合图线a的变化规律，故描述浮力变化的是图线a。
当深度为0时，弹簧测力计示数等于物体重力，由图线b可知重力$G=2.7N$；
金属圆柱体浸没后，拉力$F_{拉}=1.7N$，则浮力$F_{浮}=G-F_{拉}=2.7N-1.7N=1.0N$；
由图线a可知，浸没后深度增加，浮力大小不变，说明浮力与浸没后的深度无关。
(3) 根据控制变量法，探究浮力与液体密度的关系时，控制排开液体体积和深度相同，改变液体密度，步骤为：换用一杯密度不同的液体，将同一金属圆柱体浸没在液体中，观察弹簧测力计的示数，与题图丁中浮力大小进行比较得出结论。
【答案】
(1) 越大
(2) a；2.7；1.0；无
(3) 换用一杯密度不同的液体，将同一金属圆柱体浸没在液体中，观察弹簧测力计的示数，与题图丁中浮力大小进行比较得出结论
【知识点】
称重法测浮力；阿基米德原理；控制变量法
【点评】
本题通过实验探究浮力的影响因素，考查了称重法测浮力的应用、控制变量法的使用以及对图像的分析能力，引导学生理解浮力大小与排开液体体积、液体密度的关系，同时明确浮力与浸没深度无关的结论，培养了实验探究和分析归纳的能力。
【难度系数】
0.6
1. 对于第(1)问：观察甲、乙、丙、丁图，物体浸入液体的体积逐渐增大，弹簧测力计的示数逐渐减小。根据称重法测浮力公式$F_{浮}=G-F_{拉}$，拉力越小，浮力越大，因此可得出物体浸入液体的体积越大，浮力越大。
2. 对于第(2)问：
浮力的变化规律：物体刚开始浸入液体时，排开液体的体积随深度增加而增大，浮力逐渐变大；当物体完全浸没后，排开液体的体积不变，浮力保持不变。所以浮力随深度变化的图像是先上升后水平，对应图线a。
当物体未浸入液体时（深度为0），弹簧测力计的示数等于物体的重力，由图线b可知，此时拉力为2.7N，即物体重力$G=2.7N$。
物体完全浸没后，弹簧测力计示数为1.7N，根据称重法，浮力$F_{浮}=G-F_{拉}=2.7N-1.7N=1.0N$。
由图线a可知，物体浸没后，深度增加，浮力大小不变，说明浮力与浸没后的深度无关。
3. 对于第(3)问：要探究浮力与液体密度的关系，需控制物体排开液体的体积和浸没的深度相同，改变液体的密度。因此可换用密度不同的液体，将同一金属圆柱体浸没在液体中，测量弹簧测力计的示数，计算出浮力，与丁图中的浮力比较得出结论。
【解析】
(1) 由图甲到丙，物体浸入液体的体积增大，弹簧测力计示数减小，根据$F_{浮}=G-F_{拉}$，可知浮力变大，故物体浸入液体的体积越大，所受浮力越大。
(2) 浮力随深度的变化：初始阶段，深度增加，排开液体体积增大，浮力增大；完全浸没后，浮力不变，符合图线a的变化规律，故描述浮力变化的是图线a。
当深度为0时，弹簧测力计示数等于物体重力，由图线b可知重力$G=2.7N$；
金属圆柱体浸没后，拉力$F_{拉}=1.7N$，则浮力$F_{浮}=G-F_{拉}=2.7N-1.7N=1.0N$；
由图线a可知，浸没后深度增加，浮力大小不变，说明浮力与浸没后的深度无关。
(3) 根据控制变量法，探究浮力与液体密度的关系时，控制排开液体体积和深度相同，改变液体密度，步骤为：换用一杯密度不同的液体，将同一金属圆柱体浸没在液体中，观察弹簧测力计的示数，与题图丁中浮力大小进行比较得出结论。
【答案】
(1) 越大
(2) a；2.7；1.0；无
(3) 换用一杯密度不同的液体，将同一金属圆柱体浸没在液体中，观察弹簧测力计的示数，与题图丁中浮力大小进行比较得出结论
【知识点】
称重法测浮力；阿基米德原理；控制变量法
【点评】
本题通过实验探究浮力的影响因素，考查了称重法测浮力的应用、控制变量法的使用以及对图像的分析能力，引导学生理解浮力大小与排开液体体积、液体密度的关系，同时明确浮力与浸没深度无关的结论，培养了实验探究和分析归纳的能力。
【难度系数】
0.6
4. 如图10-1-12甲所示,用弹簧测力计、细线、水和实心金属圆柱体研究浮力。圆柱体(重为$G$)从0时刻开始由距离水面$h$处缓慢竖直下降。请在坐标图10-1-12乙中画出弹簧测力计示数$F$随时间$t(0∼ t_{3})$变化的大致图像。已知$t_{1}$时刻圆柱体刚好与水面接触,$t_{2}$时刻圆柱体刚好浸没水中,$t_{3}$时刻圆柱体仍未触碰容器底。(圆柱体一直保持竖直状态,不计阻力)
答案
4. 如图答10-1所示。
【解析】$0∼ t_{1}$时刻,圆柱体没有浸入水中,拉力大小与重力相等;$t_{1}∼ t_{2}$时刻圆柱体浸入水中的体积逐渐增大,浮力逐渐增大,所以拉力减小;$t_{2}$时刻圆柱体刚好浸没水中,因此$t_{2}∼ t_{3}$时刻圆柱体浸入水中的体积不变,浮力不变,拉力不变。
解析
【分析】
要解决此题，需结合物体浸入水中的过程，分三个时间段分析弹簧测力计示数的变化：
1. 0~t₁时刻：圆柱体未接触水面，不受浮力，弹簧测力计的拉力等于圆柱体重力，示数保持不变；
2. t₁~t₂时刻：圆柱体逐渐浸入水中，排开水的体积逐渐增大，根据阿基米德原理，浮力逐渐增大，由称重法测浮力公式$F=G-F_{浮}$可知，弹簧测力计示数会逐渐减小；
3. t₂~t₃时刻：圆柱体完全浸没在水中，排开水的体积不再变化，浮力保持不变，因此弹簧测力计示数也保持恒定，且示数小于重力$G$。
【解析】
1. 0~t₁阶段：圆柱体未浸入水中，不受浮力，弹簧测力计示数$F=G$，图像为平行于时间轴的直线，纵坐标为$G$；
2. t₁~t₂阶段：圆柱体从刚接触水面到完全浸没，排开水的体积逐渐变大，浮力逐渐增大，弹簧测力计示数$F=G-F_{浮}$逐渐减小，图像为从$G$开始斜向下的直线；
3. t₂~t₃阶段：圆柱体完全浸没，排开水的体积不变，浮力不变，弹簧测力计示数保持恒定，图像为平行于时间轴的直线，纵坐标小于$G$。
按照上述分析画出的图像如下（对应参考答案的图）：
【答案】
如图答10-1所示（图像特征：0~t₁为水平直线，纵坐标为$G$；t₁~t₂为斜向下直线；t₂~t₃为水平直线，纵坐标小于$G$）
【知识点】
称重法测浮力、阿基米德原理
【点评】
本题结合时间轴与物体浸入液体的过程，考察浮力变化规律的应用，需要通过受力分析结合阿基米德原理判断弹簧测力计示数的变化，理清不同阶段的物理情景是解题核心。
【难度系数】
0.7
要解决此题，需结合物体浸入水中的过程，分三个时间段分析弹簧测力计示数的变化：
1. 0~t₁时刻：圆柱体未接触水面，不受浮力，弹簧测力计的拉力等于圆柱体重力，示数保持不变；
2. t₁~t₂时刻：圆柱体逐渐浸入水中，排开水的体积逐渐增大，根据阿基米德原理，浮力逐渐增大，由称重法测浮力公式$F=G-F_{浮}$可知，弹簧测力计示数会逐渐减小；
3. t₂~t₃时刻：圆柱体完全浸没在水中，排开水的体积不再变化，浮力保持不变，因此弹簧测力计示数也保持恒定，且示数小于重力$G$。
【解析】
1. 0~t₁阶段：圆柱体未浸入水中，不受浮力，弹簧测力计示数$F=G$，图像为平行于时间轴的直线，纵坐标为$G$；
2. t₁~t₂阶段：圆柱体从刚接触水面到完全浸没，排开水的体积逐渐变大，浮力逐渐增大，弹簧测力计示数$F=G-F_{浮}$逐渐减小，图像为从$G$开始斜向下的直线；
3. t₂~t₃阶段：圆柱体完全浸没，排开水的体积不变，浮力不变，弹簧测力计示数保持恒定，图像为平行于时间轴的直线，纵坐标小于$G$。
按照上述分析画出的图像如下（对应参考答案的图）：
【答案】
如图答10-1所示（图像特征：0~t₁为水平直线，纵坐标为$G$；t₁~t₂为斜向下直线；t₂~t₃为水平直线，纵坐标小于$G$）
【知识点】
称重法测浮力、阿基米德原理
【点评】
本题结合时间轴与物体浸入液体的过程，考察浮力变化规律的应用，需要通过受力分析结合阿基米德原理判断弹簧测力计示数的变化，理清不同阶段的物理情景是解题核心。
【难度系数】
0.7
