15. 在“探究影响浮力大小的因素”实验中,小华和她的小伙伴们做了如图所示的一系列实验。
(1)甲、乙、丙三次实验是为了探究浮力的大小与
排开液体体积
的关系,得出的结论是
在液体密度一定时,物体排开液体的体积越大,物体受到的浮力越大
。
(2)分析
甲、丙、丁
三次实验的数据,可知物体在液体中所受浮力的大小与物体浸没在液体中的深度无关。
(3)此实验还探究了浮力的大小与
液体的密度
的关系,得出的结论是
在物体排开液体的体积相同时,液体的密度越大,物体受到的浮力越大
。

答案:排开液体体积
在液体密度一定时,物体排开液体的体积越大,物体受到的浮力越大
甲、丙、丁
液体的密度
在
物体排开液体的体积相同时,液体的密度越大,物体受到的浮力越大
解析:
【分析】
1. 对于问题(1):先观察甲、乙、丙三次实验的变量与不变量,三次实验液体均为水(密度相同),物体浸入液体的体积不同(乙中部分浸入,丙中完全浸入),弹簧测力计示数不同。根据称重法$F_{浮}=G-F_{拉}$可计算出浮力大小不同,因此是探究浮力与排开液体体积的关系。需通过控制液体密度不变,改变排开液体体积,对比浮力变化得出结论。
2. 对于问题(2):要探究浮力与物体浸没深度的关系,需控制液体密度、物体排开液体的体积相同,改变浸没深度。甲测物体重力,丙、丁中物体均完全浸没在水中,排开体积相同,浸没深度不同,但弹簧测力计示数相同,说明浮力相同,因此选择这三次实验。
3. 对于问题(3):观察丙、戊实验,物体均完全浸没,排开液体体积相同,液体分别是水和盐水(密度不同),弹簧测力计示数不同,浮力不同,因此是探究浮力与液体密度的关系,通过对比数据得出结论。
【解析】
(1)甲、乙、丙三次实验中,液体为同种液体(水),密度不变,物体排开液体的体积逐渐增大。根据称重法计算浮力:
$F_{浮乙}=G-F_{示乙}=9N-8.5N=0.5N$,
$F_{浮丙}=G-F_{示丙}=9N-8N=1N$,
可见排开液体体积越大,浮力越大。因此这三次实验是为了探究浮力的大小与排开液体体积的关系,结论是:在液体密度一定时,物体排开液体的体积越大,物体受到的浮力越大。
(2)探究浮力与物体浸没深度的关系,需控制液体密度、排开液体体积相同,改变深度。甲测出物体重力,丙、丁中物体均完全浸没在水中,排开体积相同,浸没深度不同,弹簧测力计示数均为8N,说明浮力相同,与深度无关。因此选择甲、丙、丁三次实验。
(3)丙、戊实验中,物体均完全浸没在液体中,排开液体体积相同,液体分别为水和盐水(密度不同)。计算浮力:
$F_{浮丙}=1N$,
$F_{浮戊}=G-F_{示戊}=9N-7.8N=1.2N$,
可见液体密度越大,浮力越大。因此此实验还探究了浮力的大小与液体的密度的关系,结论是:在物体排开液体的体积相同时,液体的密度越大,物体受到的浮力越大。
【答案】
(1) 排开液体体积;在液体密度一定时,物体排开液体的体积越大,物体受到的浮力越大
(2) 甲、丙、丁
(3) 液体的密度;在物体排开液体的体积相同时,液体的密度越大,物体受到的浮力越大
【知识点】
1. 影响浮力的因素
2. 控制变量法
3. 称重法测浮力
【点评】
本题是探究影响浮力大小因素的经典实验题,核心考查控制变量法的应用,需要学生准确识别实验中的变量与控制量,结合称重法判断浮力大小,从而得出实验结论,有助于培养学生的实验分析与逻辑推理能力。
【难度系数】
0.7
四、计算题
16. 在洪涝灾害发生时,抗洪抢险人员经常使用冲锋舟参与搜救。某型号的冲锋舟质量为 800 kg。(g 取 10 N/kg)
(1)求该型号冲锋舟所受的重力。
(2)冲锋舟在水平地面上时,与地面的接触面积为 2 m²,求它对水平地面的压强。
(3)这种冲锋舟的满载排水量是 1.8 t,表示它满载时排开水的质量是 1.8×10³ kg,求这种冲锋舟满载时受到的浮力大小。
答案:解:(1)冲锋舟所受的重力:
$ G=mg=800\ \mathrm {kg }× 10\ \mathrm {N/kg}=8000\ \mathrm {N}$
(2)冲锋舟对水平地面的压力$F=G=8000\ \mathrm {N}$
对水平地面的压强:
$p=\frac {F}{S}=\frac { 8000\ \mathrm {N}}{ 2\ \mathrm {m^2}}=4000\ \mathrm {Pa}$
(3)满载时排开水的重力:
$ G_{排}=m_{排}g=1.8×10^3\ \mathrm {kg }× 10\ \mathrm {N/kg}=1.8×10^4\ \mathrm {N}$
根据阿基米德原理
满载时受到的浮力:
$ F_{浮}=G_{排}=1.8×10^4\ \mathrm {N}$
解析:
【分析】
本题是力学基础计算题,分三个小问逐一分析:
1. 第(1)问:求冲锋舟的重力,直接利用重力计算公式$G=mg$,将已知的质量和$g$值代入公式即可计算出重力。
2. 第(2)问:求冲锋舟对水平地面的压强,首先明确在水平地面上,物体对地面的压力等于自身重力,然后利用压强公式$p=\frac{F}{S}$,代入压力和接触面积的数值就能算出压强。
3. 第(3)问:求满载时的浮力,根据阿基米德原理,浸在液体中的物体受到的浮力等于排开液体的重力,先利用$G_{排}=m_{排}g$算出排开水的重力,即可得到浮力大小。
【解析】
(1) 计算冲锋舟所受的重力:
$G=mg=800\ \mathrm {kg}×10\ \mathrm {N/kg}=8000\ \mathrm {N}$
(2) 冲锋舟在水平地面上时,对地面的压力等于自身重力,即$F=G=8000\ \mathrm {N}$
则它对水平地面的压强:
$p=\frac{F}{S}=\frac{8000\ \mathrm {N}}{2\ \mathrm {m^2}}=4000\ \mathrm {Pa}$
(3) 先计算满载时排开水的重力:
$G_{排}=m_{排}g=1.8×10^3\ \mathrm {kg}×10\ \mathrm {N/kg}=1.8×10^4\ \mathrm {N}$
根据阿基米德原理,冲锋舟满载时受到的浮力等于排开水的重力,即:
$F_{浮}=G_{排}=1.8×10^4\ \mathrm {N}$
【答案】
(1) $\boldsymbol{8000\ \mathrm {N}}$;(2) $\boldsymbol{4000\ \mathrm {Pa}}$;(3) $\boldsymbol{1.8×10^4\ \mathrm {N}}$
【知识点】
重力的计算、固体压强计算、阿基米德原理
【点评】
本题考查力学中重力、压强、浮力的基础计算,属于常规基础题型。解题关键是掌握相关公式的应用,明确水平面上压力与重力的关系,以及阿基米德原理的内容,整体难度较低,适合巩固力学基础公式。
【难度系数】
0.85