物理实验之探究影响浮力大小的因素

《采莲曲》

【作者】王昌龄【朝代】唐

荷叶罗裙一色裁，芙蓉向脸两边开。

乱入池中看不见，闻歌始觉有人来。

《采莲曲》是唐代诗人王昌龄创作的七言绝句组诗作品。这首诗以写意法，表现采莲女子的整体印象，诗人将采莲少女置于荷花丛中，若隐若现，若有若无，使少女与大自然融为一体，使全诗别具一种引人遐想的优美意境。
诗中“荷叶、芙蓉”等水生植物都能够浮在水面，这是由于它们受到水的浮力作用，那么浮力与哪些因素有关呢？今天我们一起来学习初中物理实验第9期《探究影响浮力大小的因素》，先来看一段视频：

浮力

课标综述

浮力这一部分为中考常考考点，主要考查浮力大小的影响因素、物体的沉浮条件及其应用和浮力的简单计算等知识，有关浮力的探究题目，出现的频率有上升的趋势，大多从控制变量法的角度出发，考查同学们解析的过程和方法。沉浮条件的因公多以填空题、选择题的形式出现，分值较少，但常常出现。《义务教育物理课程标准2011版》对浮力的要求如下：

⑴课标内容：2.2.9 通过实验，认识浮力；探究浮力大小与哪些因素有关；知道阿基米德原理，运用物体的浮沉条件说明生产、生活中的一些现象。

⑵课标示例：了解潜水艇浮沉的原理。

学生实验：探究影响浮力大小的因素

内容导入：浮力浮力：浸在液体或气体中的物体，受到液体或气体向上的托力，这个力叫做浮力。漂浮在水面的物体受到浮力，浸没在水中的物体也受到浮力。注意：

①”浸在”的理解：部分浸入或完全浸没。

②施力物体：液体或气体。

③浮力的方向：竖直向上物体在液体中可以受到浮力作用，那么浮力的大小跟哪些因素有关呢？下面我们具体探究一下：

实验目的

通过实验，探究影响浮力大小的因素，并得到阿基米德原理。

实验猜想

浮力是液体对浸在其中的物体向上的托力。对于给定的物体而言，它的形状、大小、质量、密度等是一定的。那么，它在液体中受到的浮力可能与哪些因素有关呢？可以围绕这几个方面思考：

①浸入体积：它可以部分浸在液体中，也可以全部在液体中，即浸入液体中的体积；

②浸入深度：它可以处在液体的不同深度；

③液体种类：它可以浸在密度不同的液体中。

实验过程

选择一个能沉入水中的物体（如一个圆柱体）进行实验。利用弹簧测力计可以观察浮力的变化，也可以测出浮力的大小。根据下面视频中的实验可知：
探究影响浮力大小的因素
⑴浸入深度：物体完全浸没在同一种液体时，所受浮力的大小与物体的浸入深度没有关系。 ⑵浸入体积：物体浸入在同一种液体时，浸入的体积越大，物体所受的浮力越大! ⑶不同液体：利用煤油、水和盐水，可以比较物体在不同液体中所受浮力的大小。物体浸入液体体积相同时，液体的密度越大，物体所受的浮力越大。

实验结论

通过上面的实验我们很容易得到这样的结论：浸在液体中的物体，所受浮力的大小与其排开液体的体积和密度有关。
古希腊学者阿基米德通过实验和理论研究得出了有关浮力的原理：浸在液体中的物体所受的浮力，大小等于被物体排开的液体所受的重力。

即：F浮=G排液人们称之为阿基米德原理。

因为：G排液=m液g=ρ液V排液g，所以：F浮=ρ液V排液g值得注意的是：阿基米德原理不仅适用于液体，也适用于气体。

典型例题：【2018·苏州】为探究物体在水中受到的浮力大小与浸入水中的体积和深度的关系，小明和小华把装满水的溢水杯放到台秤上，溢水杯口下方放置一空量筒.用细线系住金属块并挂在弹簧测力计上，测力计示数为G. 然后将金属块缓慢浸入水中，且始终不与杯接触，如图.

(1)金属块浸没前的过程中，测力计示数逐渐变小，说明浮力大小逐渐        . 据此，小明认为金属块受到的浮力随浸入水中的深度增大而增大；而小华则认为浮力随浸入水中的体积增大而增大.根据实验你认为下列说法正确的是
A.只有小明的观点合理    B.只有小华的观点合理
C.两人的观点都不合理    D.两人的观点都合理

(2)接下来他们继续实验，增大金属块浸没在水中的深度，发现测力计的示数始终不变且为F，据此可得出        的观点不具有普遍性.这个过程中金属块受到的浮力F浮=       .

(3)为了深入研究，他们测出量筒中水的体积V排，水的密度用表示ρ水，其重力G排=      ，通过比较数据发现.换用不同的物体和液体重复上述实验，都能得出F浮=G排，说明决定浮力大小的根本因素是G排.

(4)从金属块开始浸入直至浸没一定深度的过程中台秤的示数变化情况是       .

【考点】探究浮力大小的实验．

【分析】

（1）浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力作用，根据F=G-F浮可知，受到的浮越大，则弹簧测力计的示数越小。

（2）增大金属块浸没在水中的深度，测力计的示数始终不变且为F，据此可得出浮力与物体完全浸没在液体中的深度无关；

（3）重力G=mg=ρV g；

（4）根据台秤示数等于台秤对容器的支持力，然后根据阿基米德原理可知台秤示数前后示数的变化值。

【解答】解：

（1）金属块浸没前的过程中，测力计示数逐渐变小，根据F=G-F浮可知，说明浮力大小逐渐变大；金属块浸没前的过程中，小明认为金属块受到的浮力随浸入水中的深度增大而增大；而小华则认为浮力随浸入水中的体积增大而增大，根据以上实验两人的观点都合理，故说法正确的是D；

（2）接下来他们继续实验，增大金属块浸没在水中的深度，发现测力计的示数始终不变且为F，据此可得出浮力与物体完全浸没在液体中的深度无关，故小明的观点不具有普遍性；这个过程中金属块受到的浮力根据F=G-F浮可知，F浮=G-F；

（3）量筒中水的体积V排，水的密度用ρ水表示，其重力G排=m排g=ρ水V排g，通过比较数据发现F浮=G排，换用不同的物体和液体重复上述实验，都能得出F浮=G排，说明决定浮力大小的根本因素是G排。

（4）对台秤受力分析可知：受溢水杯和水竖直向下的重力，金属块向下的压力F压=F浮，由平衡条件得：台秤对容器的支持力FN=G+F压；从金属块开始浸入直至浸没一定深度的过程中G、F浮不变，故台秤的示数变化情况是一直不变。
【答案】（1）变大；D；（2）小明；G-F；（3）ρ水V排g；（4）一直不变。
【归纳】本题考查了影响浮力大小的因素，侧重考查了称重法的应用，是一道常见题。

习题

习题1：（2018•武汉）如图所示是“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的几个实验情景。实验甲、丙和丁中，弹簧测力计的示数分别为4.0N、2.8N和2.5N．若盐水的密度为1.2×103kg/m3，则下列结论正确的是（  ） A．物体A的密度为3.2×103kg/m3B．实验乙中，物体A受到的拉力为1.0NC．实验丙中，弹簧测力计的示数比乙中小0.5ND．实验丁中，容器底部受到的压力大于0.3N

习题2：（2018•扬州）为了验证阿基米德原理，小明在一只塑料袋（塑料袋很轻很薄）中装入大半袋水，用弹簧测力计测出盛有水的塑料袋所受重力的大小。再将塑料袋慢慢浸入水中，观察到测力计的示数变   ，说明盛水的塑料袋排开   越大，受到的浮力越大。

继续将塑料袋慢慢浸入水中，当观察到   现象时，弹簧测力计的示数为零，由此验证了阿基米德原理。小华准备将塑料袋装满水做同样的实验，操作时发现，塑料袋尚未完全浸入水中弹簧测力计的示数已为零，这是   原故。

习题3：（2018•朝阳）如图所示是探究“影响浮力大小的因素”的实验。

（1）比较  （填序号），可知浮力的大小与排开液体的体积有关。

（2）分析①③④三次实验的数据，可知浮力大小与物体浸没在液体中的深度 （填“有”或“无“）关。

（3）通过比较①②⑤三次实验的数据， （填“能”或“不能”）得出浮力大小与液体密度有关。

（4）请你根据实验数据，设计一个表格，表格中包括：物体的重力、液体的种类、物体浸没在液体中弹簧测力计的拉力、物体浸没在液体中受到的浮力，共4项内容。（要求完成表格数据的填写）

（5）由实验数据可知，此次实验中盐水的密度为 kg/m3．（已知水的密度ρ水＝1.0×103kg/m3）习题4：（2018•大连）小明在探究“浮力的大小与哪些因素有关”时，他猜想浮力的大小可能与液体的密度、物体的体积、物体排开液体的体积有关。所用的实验器材有：底面积相同而体积不同的圆柱状铝块（带有挂钩）若干、烧杯、盐水、水、酒精、量程足够大的弹簧测力计和细线。已知ρ盐水＞ρ水＞ρ酒精。 （1）在探究“浮力的大小与物体排开液体的体积是否有关”时，他选择了一个铝块做实验，铝块的体积大一些好还是小一些好？    。

（2）设计出探究“浮力的大小与液体的密度是否有关”的记录实验数据的表格，表中要有必要的信息。表中涉及到的物理量只用字母表示即可。

（3）在探究“浮力的大小与物体的体积是否有关”时，小明选用三个体积不同的铝块、烧杯、水和弹簧测力计，用如图的方式进行实验。先用弹簧测力计测出一个铝块的重力，然后把这个铝块浸没在水中，读出弹簧测力计的示数。再用其他两个铝块重复上述实验。分析数据得出了结论。

①该实验方案的不合理之处是：      。

②在原有实验器材的基础上，增加一个记号笔，写出改正不合理之处的做法：      。

习题5：（2018•广西）在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中，提出如下猜想猜想1：浮力的大小可能与液体的密度有关猜想2：浮力的大小可能与物体的重力有关猜想3：浮力的大小可能与物体的形状有关猜想4：浮力的大小可能与排开液体的体积有关 （1）如图1所示，用手把饮料罐按入水中，饮料料罐浸入水中越深，手会感到越吃力。这个事实可以支持以上猜想   （选填序号）

（2）为了研究猜想1和猜想2，运用了体积相同的A、B、C三个圆柱体，测得重力分别为4N，4.5N和5N．然后进行如图2所示的实验。 ①在序号a的实验中物所受的浮力为    N。

②比较序号   ，   ，e的三次实验，可得出初步结论：浮力大小与液体密度有关。

③进一步分析可知：液体的密度越大，物体所变的浮力越   ；

④比较序号a、b、c的三次实验，可得出结论：浮力的大小与物体的重力   关。

（3）为了研究猜想3，小明用两块相同的橡皮泥分别捏成圆锥体和圆柱体进行如图3所示的实验、由此小明得出的结论是：浮力的大小与物体的形状有关，小珍认为这结论不可靠，主要原因是   。
资料来源：博士物理