資源簡介

第二講 浮力的實驗探究
知識與技能：掌握阿基米德原理，能應用阿基米德原理進行浮力計算；
習慣與方法：經歷科學家對探索新知的過程，培養學生關注生活現象的習慣；
思維與素養：通過浮力實驗探究培養學生科學探究的能力。
課題一、阿基米德原理
力學之父－－阿基米德
阿基米德（公元前287年—公元前212年），偉大的古希臘哲學家、百科式科學家、數學家、物理學家、力學家，靜態力學和流體靜力學的奠基人，并且享有“力學之父”的美稱，阿基米德和高斯、牛頓并列為世界三大數學家。阿基米德曾說過：“給我一個支點，我就能撬起整個地球?！?
相傳敘拉古赫農王讓工匠替他做了一頂純金的王冠。但是在做好后，國王疑心工匠做的金冠并非純金，工匠私吞了黃金，但又不能破壞王冠，而這頂金冠卻又與當初交給金匠的純金一樣重。這個問題難倒了國王和諸位大臣。經一大臣建議，國王請來阿基米德來檢驗皇冠。
最初阿基米德對這個問題無計可施。有一天，他在家洗澡，當他坐進澡盆里時，看到水往外溢，突然想到可以用測定固體在水中排水量的辦法，來確定金冠的體積。他興奮地跳出澡盆，連衣服都顧不得穿上就跑了出去，大聲喊著“尤里卡！尤里卡！”（ερηκα，意思是“找到了”。）
他經過了進一步的實驗以后，便來到了王宮，他把王冠和同等重量的純金放在盛滿水的兩個盆里，比較兩盆溢出來的水，發現放王冠的盆里溢出來的水比另一盆多。這就說明王冠的體積比相同重量的純金的體積大，密度不相同，所以證明了王冠里摻進了其他金屬。
這次試驗的意義遠遠大過查出金匠欺騙國王，阿基米德從中發現了浮力定律（阿基米德原理）。
知識點一、浮力大小的實驗探究
【提出問題】氣體和液體都會對浸入其內的物體產生豎直向上的浮力，那么浮力的大小究竟和哪些因素有關呢？
當你躺在浴缸的水中時，會有一種 了的感覺，同時浴缸的水面會 。
人變輕是因為人受到 。水面上升是因為人浸入水中后， 。
【建立猜想與假設】阿基米德由澡盆溢水聯想到 … … …
【設計實驗】實驗器材：彈簧秤、物塊、量筒、燒杯、溢水杯
要測量浮力的大小，還要測量物體排開水的多少(體積、重力)。請利用這些器材設計實驗步驟和實驗數據記錄表格，然后交流討論。
實驗步驟：研究浸沒在液體中的物體所受到的浮力
(1)在溢水杯中盛滿水，將小燒杯放在溢水杯的出水口下；
(2)將物塊掛在彈簧秤上，測出物塊的重G物；
(3)將物塊浸沒在溢水杯的水中，讀出彈簧秤的讀數F拉，并計算出物塊所受的浮力
F浮=G物－F拉
(4)將溢水杯溢出的水注入量筒內，測出它的體積V排，并算出物塊所排出的水的重力
G排=ρ水g V排
補充實驗數據記錄表
【得出結論】對于浸沒在液體中的物體和部分浸入在液體中的物體都有：F浮＝G排水。
【推廣】如果把水換成別的液體，仍然可以得到：F浮＝G排液
知識點二、阿基米德原理
1、阿基米德原理：浸在液體里的物體，受到向上的浮力，浮力的大小等于 ，即F?。? 。
2、同樣，阿基米德原理可以推廣到氣體的浮力上：浸在氣體里的物體，受到向上的浮力，浮力的大小等于 。地球表面上的物體一般都浸沒在空氣中：F浮= 。
3、對公式的理解：
(1)ρ液是 ,不是浸入液體的物體密度。
(2)V排液是 ，不是液體總體積，也不一定是物體的總體積(V物)。
①物體完全浸入液體中(浸沒):V排液= ；
②物體部分浸入液體中，V排液(3)浮力只跟 和 ,即只跟 有關，而與物體浸入液體的 、
物體的 、 、 等無關。
精熟講授① 將兩個金屬塊分別掛在兩個彈簧秤下，都將金屬塊浸沒在不同的液體中，發現彈簧秤減小的示數相同，說明（ ）
A.排開水的重力相同 B.兩金屬塊物重相同
C.排開水的體積相同 D.以上說法都不對
高效演練1-1 用一個玻璃瓶裝上寫有你心愿的紙片，然后蓋上蓋子并密封，投入江中，就能漂浮在水面上，成為“漂流瓶”（如圖）。如果漂流瓶從長江漂入大海，漂流瓶所受到的浮力及它露出水面的體積變化情況是（海水密度大于河水密度）（　　）
A．浮力變大，露出水面體積不變
B．浮力不變，露出水面體積變大
C．浮力不變，露出水面體積變小
D．浮力變小，露出水面體積變大
高效演練1-2 下圖表示跳水運動員從入水到露出水面的過程，其中運動員受到水的浮力不斷增大的階段是（ ）
A．①→② B．②→③ C．③→④ D．④→⑤
精熟講授① 如圖甲所示，均勻柱狀石料在鋼繩拉力的作用下從水面上方以恒定速度下降，直至全部沒入水中，并沉底。圖乙是鋼繩拉力F隨時間t變化的圖像。若不計水的阻力，則下列說法中（　?。?br/>①石料的質量為150kg
②石料完全浸沒后受到的浮力為1000N
③石料的密度為3×103kg/m3
④石料沉底撤去鋼繩后，水平池底對它的支持力為1000N
A．只有①②正確 B．只有③④正確 C．只有②③④正確 D．只有①③④正確
高效演練1-1 小明利用如圖所示的實驗，研究浮力大小與深度的關系。根據測得的實驗數據，作出了彈簧測力計的示數F與物體下表面在水中所處深度h的關系圖像。根據該圖像可以得出的正確結論是（g取10N/kg）（ ）
A．物體的質量是12kg
B．物體浸沒在水中時，受到的浮力大小為12N
C．物體的密度為2×103kg/m3
D．物體的體積為60cm3
精熟講授② 如圖所示為某校校園藝術節時氣球懸掛一幅豎標的情景。已知氣球的體積為10m3，氣球（含內部所充氣體）、標語及細繩的總質量為9kg，空氣的密度為1.29kg/m3，g取10N/kg，則系于地面拉住標語的細繩的拉力為（　　）
A．129N B．90N
C．39N D．219N
高效演練2-1 用彈簧測力計在空氣中稱一實心正方體重力，測力計的示數為5N；把物體一半體積浸入在水中時，測力計的示數如圖所示，此時物體所受浮力為_____N，當把物體從彈簧測力計上取下，放入水中靜止時，物體所處的狀態是_____（選填“漂浮”、“懸浮”或“下沉”）。
精熟講授① 將一小物塊A輕輕地放入盛滿水的大燒杯中，A靜止后，有72g的水溢出；再將其輕輕放入盛滿酒精的大燒杯中，A靜止后，有64g的酒精溢出．則A在水中靜止時受到的浮力為____N，A的體積是____cm3，A的密度是____kg/m3。（酒精的密度是0．8×103kg/m3）
高效演練1-1 體積是100cm3，質量是90g的物體，將其緩緩放入裝滿水的燒杯中，物體靜止后，溢出水的質量是 g；將其緩緩放入裝滿酒精的燒杯中，溢出酒精的質量是 g。（酒＝0.8×103kg/m3）
高效演練1-2 已知石塊的密度是2.5×103kg/m3，小明在岸上最多只能搬得起重為150N的石塊。他在水中最多能搬得起質量是_____kg的石塊（石塊不露出水面），這時石塊受到的浮力是____N。
1874年8月的一天，在大西洋亞速爾群島的西南方，有一艘深海考察潛艇，為研究海底礦產資源的分布，正在向深處下潛。
艙內的考察人員被海底迷人的景色陶醉了，致使下潛速度過大，船體猛然撞到海底，陷入海底的沉積物中了。
船員把潛艇水艙中的水全部排出，企圖上浮。奇怪的是，潛艇絲毫不動，像被海底“吸”住一樣。這是為什么？難道浮力真的消失了嗎？怎么辦？你能替他們想出擺脫困境的辦法嗎？
課題二、浮力的實驗探究
精熟講授① 小明按照如圖所示的操作，探究影響浮力大小的因素。
（1）物體受到的重力為________N。
（2）物體全部浸沒在水中時，受到的浮力是________N。
（3）由______、_____兩圖可得出結論：物體受到的浮力大小與物體排開液體的體積有關。
（4）由______、_____兩圖可得出結論：物體受到的浮力大小與物體浸沒在液體中的深度無關。
（5）由D、E兩圖可得出結論：物體受到的浮力大小與液體的________有關。
（6）上述過程中采用的研究方法主要是_______。
A. 比值法 B. 等效法 C. 控制變量法 D. 估算法
高效演練1-1 在“探究浮力的大小跟哪些因素有關”的實驗時，小麗提出如下猜想：
猜想一：浮力的大小跟物體排開液體的體積有關； 猜想二：浮力的大小跟液體的密度有關；
猜想三：浮力的大小跟物體的密度有關。
（1）小麗用重為3.2N的物體A做了如圖所示的實驗，該實驗驗證了猜想________是正確的。可得出：在同種液體中，物體排開液體的體積越大，受到的浮力________。實驗中，物體A浸沒時受到的浮力為________N，方向________。
（2）下表是小麗驗證猜想二時收集的實驗數據：
液體種類 物體A在液體中的狀態 彈簧測力計的求數/N 物體A受到的浮力/N
酒精 浸沒 1.4 1.8
鹽水 浸沒 0.8 2.4
分析比較表中數據和實驗________（選填“甲”、“乙”或“丙”）中的數據可知：浮力的大小與液體的密度________。
為驗證猜想三，小麗選用了與物體A密度不同的物體B進行實驗，她將物體B逐漸浸入水 中，容器中的水面上升至圖示O位置時，發現棉線松弛，彈簧測力計示數為0，如圖丁所 示。取出物體B后，小麗又將物體A緩慢浸入水中，她在水面上升到________（選填“O點 之上”、“O點”或“O點之下”）位置時，讀取彈簧測力計的示數，這樣做是為了控制________ 相同，以便判斷浮力的大小與物體的密度是否有關。
精熟講授① 下圖是探究“影響浮力大小的因素”的實驗過程及數據：
（1）物體A完全浸沒在水中,排開水的質量為________kg.
（2）在C與E兩圖中,保持了物體排開液體的體積不變,研究浮力大小與________的關系；根據 A與E兩圖所標的實驗數據,可知物體浸沒在鹽水中所受的浮力為________N；
（3）根據有關實驗數據,可以計算出E中鹽水的密度為________kg/m3；
（4）若要探究物體所受浮力大小與物體的密度是否有關,應選擇圖中_______(填字母)兩個物體, 并將它們浸沒在同種液體中,測出其所受浮力的大小來進行比較.
高效演練1-1小明同學在探究影響浮力大小的因素時，做了如圖所示的實驗，請你根據小明的實驗探究回答下列問題．
（1）由以上實驗步驟可知物體的重力是________N, 步驟C中物體受到的浮力為 ________N。
（2）選取實驗步驟________可知物體受到的浮力與物體排開液體的體積有關，得到結論是： ___________________________________________________________________________。
（3）對比步驟ADF，可知物體在液體中所受浮力的大小與________有關．
（4）如圖所示的步驟B到E，當鐵塊的底部從接觸水面開始，到鐵塊浸沒，直到浸沒到更深的 位置，圖中能表示此過程物體所受浮力與浸入水中深度關系的圖像是________，能表示此 過程測力計示數與浸入水中的深度關系的圖像是________．
（5）根據以上實驗數據，可得物體的密度為________kg/m3
精熟講授① 某實驗小組利用甲圖所示的器材，來探究“浮力的大小與哪些因素有關”
（1）選擇器材，驗證猜想：
探究一：只選擇器材a、c、d、e，就可以探究“浮力的大小是否與物體浸在液體中的體積有關”；
探究二：只選擇器材 a、d、e、f ，就可以探究“浮力的大小是否與________有關”；
探究三：只選擇器材a、b、d、e，就可以探究“浮力的大小是否與________有關”；
（2）完成以上探究后，他們又按乙圖所示的步驟進行了測量物質密度的實驗．
①稱量出a金屬塊的重力G=F1=4.8N；將它浸沒在水中時，彈簧測力計的示數F2=________N， 則此時物體所受浮力為F浮=________N；
②將a金屬塊浸沒到煤油中，此時彈簧測力計的示數F3=4.0N，由此可知煤油的密度為
ρ煤油 =________kg/m3。(ρ水=1.0×103kg/m3)
小明同學在探究影響浮力大小的因素時，做了如圖所示的實驗，請你根據小明的實驗探究回答下列問題。
（1）在C與E兩圖中，保持了排開液體的體積不變，研究浮力與________的關系；根據A與E 兩圖所標的實驗數據，可知物體浸沒在鹽水中所受的浮力為________N。
（2）小明對ABCD四個步驟進行了觀察研究，發現浮力的大小有時與深度有關，有時與深度又 無關。對此正確的解釋是浮力的大小隨著排開水的體積的增大而________，當物體完全浸 沒在水中后排開水的體積相同，浮力的大小與深度________。（選填“有關”或“無關”）
（3）在小明實驗的基礎上，根據有關實驗數據，可以計算出鹽水的密度為________g/cm3。
（4）實驗中某同學觀察到將同一物體浸沒在密度大的液體中時，彈簧測力計的示數越小，于是 他靈機一動，在彈簧測力計下掛一個重為1.5N的物體，如圖乙所示，當他把物體浸沒在 水中時，如圖丙所示，彈簧測力計的讀數為0.5N，他就在0.5N對應標上1.0g/cm3的字樣； 當他把物塊浸沒在酒精中時，如圖丁所示，應該在彈簧測力計刻度盤的________N處對應 標上0.8g/cm3的字樣，可將圖甲中的裝置改成一個液體密度秤。

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