資源簡介

核心專題三 利用浮力知識測密度
素養目標
1.歸納常見的利用浮力知識測密度的類型,總結有關利用浮力知識測密度的分析技巧。
2.養成及時歸類、總結的學習習慣。
3.靈活運用力的平衡、浮力的知識進行簡單的計算。
◎重點:概述利用密度知識測密度的解題方法。
專題突破
1.利用稱重法測密度
例1小華同學在學習阿基米德原理后,發現用彈簧測力計也能測量金屬塊的密度,于是和同學一起按以下操作進行實驗:(g取10 N/kg)
(1)先用彈簧測力計掛著金屬塊靜止在空中如圖甲所示,彈簧測力計的示數為 N。
(2)然后將金屬塊緩慢地浸沒在水中,示數如圖乙所示,則金屬塊所受的浮力為 N,可求出金屬塊的體積為 m3。
　　(3)通過計算,金屬塊的密度為 kg/m3。
　　(4)實驗中讓金屬塊在水中的深度繼續下降,不接觸杯底,金屬塊受到的浮力將如何變化 。
思路導引稱重法測浮力:F浮=G-F;阿基米德原理求體積:F浮=ρ液gV排,由于浸沒在水中,故V物=V排。
對點自測
1如圖所示,這是探究“浮力的大小與哪些因素有關”的實驗操作,請你回答下列問題。(g取10 N/kg)
(1)分析圖①②③,說明浮力的大小與排開液體的 有關。
(2)為了探究浮力大小與物體浸沒在液體中深度的關系,可選用 圖進行操作。
(3)物體A浸沒在水中時,受到的浮力是 N,物體A的體積是 m3。
(4)用圖中實驗數據計算出鹽水的密度是 kg/m3。
(5)該實驗主要運用的科學探究方法是 。
2.利用平衡法測密度
例2某課外興趣小組在綜合實踐活動中研究了簡易密度計的制作。他們取一根飲料吸管,將一些銅絲從吸管的下端塞入作為配重,并用石蠟將吸管的下端封起來,使其能豎直漂浮在液體中。
(1)將吸管豎直漂浮在密度為1.0×103 kg/m3 的水中,在吸管上水面到達的位置標出密度刻度,測出吸管浸入水中的深度為8 cm。若吸管豎直漂浮在某種液體中,測出吸管浸入液體中的深度為10 cm,則此種液體的密度為 kg/m3。若吸管豎直漂浮在密度為1.6×103 kg/m3的鹽水中,則吸管浸入鹽水中的深度為 cm。
(2)根據以上的數據,將上端刻度與下端刻度進行比較,得到刻度線的兩個特點:上端刻度小、下端刻度大和 。
(3)要使密度計上兩條刻度線之間的距離大一些,以使測量結果更精確,可適當 (選填“增大”或“減小”)配重。
思路導引根據密度計漂浮時浮力等于重力列出關系式即可求出液體的密度,根據密度計在水中漂浮時受到的浮力等于在鹽水中受到的浮力,可求得吸管浸入鹽水中的深度。
對點自測
2小歐將質量為55 g、體積為50 cm3 的雞蛋,放入盛清水的燒杯中,雞蛋下沉。當向燒杯中加鹽并攪拌,直至雞蛋懸浮在鹽水中(如圖)。g取10 N/kg。求:
(1)雞蛋浸沒在清水中受到的浮力。
(2)雞蛋懸浮在鹽水中受到的浮力。
(3)雞蛋懸浮時鹽水的密度。
3.利用浮沉條件測密度
例3小剛想利用量筒、小筒和水,測量一小塊鐵礦石的密度。請你將小剛的實驗步驟補充完整:
(1)在量筒中倒入適量的水,將小筒放入量筒中,使其漂浮在水面上,如圖甲所示,讀出量筒中水面的刻度值V1,并記錄。
(2)將待測礦石放入小筒中,使小筒仍漂浮在水面上,如圖乙所示,讀出量筒中水面的刻度值V2,并記錄。
　　(3) ,讀出量筒中水面的刻度值V3,并記錄。
(4)根據已知量和測量量,導出計算鐵礦石密度的公式ρ= 。
思路導引利用甲、乙兩圖結合阿基米德原理可求礦石的重力和質量,結合(1)(3)步驟可求礦石的體積,最后根據ρ=計算小石塊的密度。
對點自測
3小陽為了測量木塊的密度,找到的實驗器材有電子秤、裝有適量水的燒杯和一根足夠長的細鋼針,進行了如下實驗,請你幫助他補全實驗步驟:
(1)將電子秤放在水平桌面上并清零;
(2)將木塊置于電子秤上,記錄電子秤示數為 m1;
(3)將裝有適量水的燒杯置于電子秤上,記錄電子秤示數為 m2;
(4) ,靜止后,記錄電子秤示數為 m3;
(5)計算木塊的密度為:ρ木= 。(已知水的密度為ρ水)
·方法突破·
1.利用稱重法測密度
稱重法測浮力的公式為F浮=G-F;由阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排可知,V排==,若物體浸沒在水中,則V=V排=,此時ρ物===ρ水。
2.利用平衡法測密度
平衡法測密度只適用于物體處于懸浮或漂浮狀態,解題時先對物體進行受力分析,列出力的關系式,將阿基米德原理的公式或密度、重力的計算公式代入關系式,然后根據已知條件求出所求量。
3.利用浮沉條件測密度
浮沉法測物體密度的方法:(1)在量筒內裝入體積為V的水;(2)讓物體漂浮在量筒中,記下此時水面的刻度值V1;(3)用針按壓物體使其浸沒在水中,記下此時水面的刻度值V2;(4)計算出物體的密度ρ物=ρ水。
·學習小助手·
　　浮力知識可以高度概括為兩點:一是阿基米德原理;二是對物體進行受力分析,列出力的關系式。
【參考答案】
例1　(1)3.6　(2)0.8　8×10-5　(3)4.5×103　(4)不變
對點自測
1.(1)體積　(2)①③④　(3)2　2×10-4
(4)1.1×103　(5)控制變量法
【解析】(1)由圖②③所示實驗可知,物體排開液體的體積不同,彈簧測力計所示不同,由圖①②③所示實驗可知,物體排開液體的體積不同,物體受到的浮力不同,由此可知,物體所受浮力大小與物體排開液體的體積有關;(2)根據控制變量法知要探究浮力大小與物體浸沒在液體中深度的關系,需要控制物體排開液體的體積相同、液體密度相同,深度不同,圖①③④符合題意;這種研究問題的方法叫作控制變量法;(3)由圖①知,物體的重力G=4.0 N,物體浸沒在水中時拉力F=2.0 N,物體浸沒在水中時受到的浮力F浮=G-F=4.0 N-2.0 N=2.0 N,由F浮=ρ液gV排得,物體的體積V=V排===2×10-4 m3;(4)物體浸沒在鹽水中時受到的浮力F浮'=G-F'=4.0 N-1.8 N=2.2 N,因物體在水和鹽水中排開液體的體積和自身的體積相等,所以V=V排,由F浮=ρgV排可得,=,整理可得,鹽水的密度ρ鹽水=ρ水=×1.0×103 kg/m3=1.1×103 kg/m3;(5)由(2)知本實驗用到了控制變量法。
例2　(1)0.8×103　5　(2)上端刻度疏、下端刻度密　(3)增大
對點自測
2.解:(1)浸沒在水中的雞蛋排開水的體積:
V排=V=50 cm3,排開水的質量:
m排=ρ水V排=1.0 g/cm3×50 cm3=50 g
排開水的重力:G排=m排g=0.05 kg×10 N/kg=0.5 N
根據阿基米德原理可知,F浮=G排=0.5 N;
(2)雞蛋受到的重力:G=mg=0.055 kg×10 N/kg=0.55 N,
雞蛋在鹽水中懸浮時受到的浮力F浮=G=0.55 N;
(3)由于雞蛋懸浮,F浮=G=mg,由阿基米德原理得,F浮=G排= m排g=ρ液V排g,所以ρ液V排g=mg,ρ液V排=m,ρ液===1.1 g/cm3=1.1×103 kg/m3。
例3　(3)將礦石從小筒中取出放入量筒的水中并浸沒
(4)ρ水
對點自測
3.(4)用細鋼針將木塊壓入燒杯內的水中浸沒,不與燒杯相接觸
(5)ρ水
【解析】(1)將電子秤放在水平桌面上并清零;(2)將木塊置于電子秤上,記錄電子秤示數為m1;即木塊的質量為 m1;(3)將裝有適量水的燒杯置于電子秤上,記錄電子秤示數為 m2;(4)用細鋼針將木塊壓入燒杯內的水中浸沒,不與燒杯相接觸,靜止后,記錄電子秤示數為 m3;(5)密度表達式的推導:在步驟4中木塊全部浸入水中,則木塊會受到浮力的作用,根據物體間力的作用是相互的,水給木塊一個向上的力,木塊就會給水一個向下的力,即木塊受到的浮力等于木塊對水的壓力;比較步驟3、4可知,木塊排開水的質量m排= m3- m2,則木塊的體積即排開的水的體積為V==,木塊的密度ρ===ρ水。
2

展開更多......

收起↑