1、1专题训练(四) 浮力的实验和计算浮力的实验与计算是中考的重点与难点,题型涉及填空题、实验题、计算题。一般结合密度、二力平衡等相关知识考查。类型1 探究影响浮力大小的因素1.同学们用塑料瓶和细沙等实验器材探究“影响浮力大小的因素”。他们根据生活经验提出了如下三种猜想,并举出了相应的实例:猜想一:浮力的大小与物体的密度有关,实例:铁块可以在水中下沉,木头可以浮在水面上;猜想二:浮力的大小与液体的密度有关,实例:鸡蛋可以在水中下沉,在盐水中可以浮起来;猜想三:浮力的大小与浸入液体的深度有关,实例:在游泳池里,人越往下蹲,感觉到水向上托自己的力越大。为了验证以上猜想是否正确,同学们选择了装入细沙的塑
2、料瓶和其他实验器材进行探究,实验过程如图所示。2(1)根据实验步骤c和d可以验证猜想三是 错误 (选填“正确”或“错误”)的; (2)要验证猜想一是否正确,可以在塑料瓶中 添加一些细沙 (需要重新进行a实验)后再进行探究; (3)同学们讨论认为,猜想一和猜想二中的实例反映了物体的沉与浮可能与密度有关,要选用一个能漂浮在图e中盐水上的物体时,物体的密度应小于 1.1 g/cm3(计算结果保留一位小数)。 类型2 探究浮力的大小与排开液体的重力的关系2.如图是小宇同学“探究浮力的大小”的实验装置及实验过程。【实验预备】(1)弹簧测力计的量程是 05 N; (2)弹簧测力计的分度值是 0.2 N;
3、【收集数据】(1)比较甲、丙可以求出物体受到的浮力等于 1 N; (2)比较乙、丁可以求出 物体排开液体的重力 等于1 N; 【实验结论】比较【收集数据】中(1)、(2)的结果可以得出结论:浸在液体里的物体受到 竖直向上 (填方向)的浮力,浮力的大小等于 物体排开液体的重力 ,这就是著名的 阿基米德 原理。 【实验评估】为减少误差,要求在浸入被测物体前,溢水杯中的水面必须 与溢水口相平 。 类型3 利用浮力测密度3.小明发现橙子放入水中会下沉,于是想办法测量它的密度。3(1)将托盘天平放在水平桌面上,将标尺上的游码移至零刻度线处,调节平衡螺母,直到指针指在 分度盘的中央 ; (2)用天平测量橙
4、子的质量,天平平衡时砝码和游码的位置如图所示,橙子的质量为 162 g,小明利用排水法测得橙子的体积为150 cm 3,则橙子的密度为 1.0810 3 kg/m 3; (3)做实验时,小明若先用排水法测出橙子的体积,再用天平测出橙子的质量,这样测得的密度值将比真实值 大 (选填“大”或“小”); (4)小亮不用天平,利用弹簧测力计、细线、盛有水的大烧杯等器材也测出了橙子的密度。请你将他的测量步骤补充完整,已知水的密度为 水 。用弹簧测力计测出橙子的重力 G; 将橙子浸没在水中,读出弹簧测力计的示数 F ; 橙子密度的表达式为 橙 = 水 (用测出的物理量和已知量的字母表示)。 -类型4 浮力
5、的计算4.如图a所示,一长方体木块质量为0.12 kg,高为4.0 cm;将木块平稳地放在水面上,静止时木块露出水面的高度为2.0 cm。如图b所示,利用金属块和细线,使木块浸没水中且保持静止状态。 g取10 N/kg,求:(1)木块的密度 木 ;(2)细线对木块的拉力 F。a b解:(1)因木块漂浮时,受到的浮力和自身的重力相等,即 F浮 =G木由 F浮 = 水 gV排 和 F浮 =G木 =m木 g= 木 V木 g可得4 水 gV排 = 木 V木 g由题意可知,木块排开水的体积 V排 = V木12则木块的密度 木 = 水 = 水 = 1.0103 kg/m3=0.5103 kg/m3排木 1
6、2 12(2)由 F浮 =gV 排 可得,木块完全浸没时受到的浮力F浮 =2F浮 =2G木 =2m木 g因木块在水中静止时处于平衡状态,木块受到竖直向上的浮力、竖直向下的拉力和重力,由力的平衡条件可得 F浮 =G木 +F则细线对木块的拉力F=F浮 -G木 =2m木 g-m木 g=m木 g=0.12 kg10 N/kg=1.2 N5.小金学了浮力的知识后,想制造一台浮力秤,他将一段密度为0.510 3 kg/m3、粗细均匀的木料先进行不吸水处理,再将其竖立水中,如图所示。这段木料长为40 cm,横截面积为0.1 m 2,其上表面可以作为秤盘( g=10 N/kg),问:(1)质量为0的刻度线的位
7、置在哪里?(2)距离上表面10 cm处的刻度对应的质量为多少?解:(1)木料的体积 V=Sh=0.1 m20.4 m=0.04 m3由 = 得木料的质量m0=V =0.5103 kg/m30.04 m3=20 kg木料处于漂浮状态,浮力等于重力,即5F浮 =G=m0g=20 kg10 N/kg=200 N排开水的体积V排 = =0.02 m3浮水 =200 1.0103/310 /没入水中的高度 h0= =0.2 m排=0.0230.12因为木料上没有放物体,故浮力秤的0刻度线在距木料下表面0.2 m处。(2)距离上表面10 cm处时,浮力秤受到的浮力F浮 = 水 gV排 =1.0103 kg
8、/m310 N/kg(0.4 m-0.1 m)0.1 m2=300 N物体的重力 G物 =F浮 -G=300 N-200 N=100 N物体的质量 m物 = =10 kg物=100 10/6.如图所示,将边长为5 cm的实心正方体木块轻轻地放入装满水的溢水杯中,木块静止时从杯中溢出水的质量为0.1 kg(g取10 N/kg)。求:(1)木块受到的浮力;(2)木块的密度;(3)木块下表面受到水的压强。解:(1)木块受到的浮力F浮 =G排 =m排 g=0.1 kg10 N/kg=1 N(2)正方体木块的体积 V木 =(0.05 m)3=1.2510-4 m36因为木块漂浮,所以 G木 =F浮 =1
9、 N因为 G木 =m木 g= 木 V木 g所以木块的密度 木 = =0.8103 kg/m3木木 =1 10/1.2510-4 3(3)由于木块漂浮,根据浮力产生的原因可知,木块下表面受到的水的压力 F=F浮 =1 N木块的底面积 S=(0.05 m)2=0.0025 m2木块下表面受到水的压强p= =400 Pa= 1 0.002527.如图甲所示,一个边长为1 m的正方体物体静止在湖底,上表面离水面深度为 h。现用一根粗细和重力不计的绳子将该物体从湖底竖直向上拉,直至完全拉出水面。在整个拉动过程中物体始终保持0.1 m/s的速度匀速运动,拉力的大小随时间变化的关系如图乙所示( g=10 N
10、/kg)。求:(1)物体在露出水面前受到的水的浮力;(2)物体的密度;(3)物体静止在湖底时上表面受到的水的压力。解:(1)物体的体积 V=1 m3物体在露出水面前排开水的体积 V排 =V=1 m3则物体在露出水面前受到的水的浮力F浮 = 水 gV排 =1.0103 kg/m310 N/kg1 m3=1104 N7(2)由图像可知,将物体完全拉出水面时的拉力F=G=3104 N由 G=mg可得物体的质量m= =3103 kg=310410 /物体的密度 = =3103 kg/m3=3103(1 )3(3)由图乙可知,物体从湖底上升至其上表面到达水面用时30 s,故物体静止在湖底时其上表面所处的深度h=vt=0.1 m/s30 s=3 m物体静止在湖底时上表面受到的水的压强p= 水 gh=1.0103 kg/m310 N/kg3 m=3104 Pa物体上表面的面积 S=1 m2由 p= 可得,物体静止在湖底时上表面受到的水的压力 F=pS=3104 Pa1 m2=3104 N
