如何测量物体受到的浮力?
◇学生提问
如图所示是研究浮力与哪些因素有关的实验,弹簧测力计下挂着同一物体,其示数依次是5N,4N、4N、3N。
(l)比较图乙和图丙得到的结论是:浸没在液体里的物体所受浮力的大小与___无关。
(2)比较图 和图 可得到的结论是:浮力的大小与液体的密度有关。
老师,这个题目中浮力的大小是怎样测量出来的?
◇问题探究
称重法测量浮力(重要性:★★★)
老师:我们一项项分析,你就知道怎样测量的浮力了。你先思考甲图中物体的受力情况吧。
学生:甲图中物体共受两个力的作用,竖直向下是重力,竖直向上是拉力。
老师:那这两个力之间有什么关系呢?
学生:物体在下端静止,拉力与重力二力平衡!
可我还不太明白,您看我画的受力示意图,弹簧测力计测量的其实是物体施加给弹簧测力计的拉力,这三个力是怎么联系在一起的?
老师:呵呵,学生也有失误的时候,你把“力的作用是相互的”
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这一知识又给忽略了?
学生:嘻嘻,您一提醒我明白了:力的作用是相互的,弹簧测力计受到的拉力与它施加给物体的拉力大小相等,;
而物体受到的拉力与重力二力平衡!
所以物体的重力
老师:你终于想通了三力关系!呵呵,简单地说,这是在空气中测量物体的重力G!
那你再想想,B图中物体的受力情况怎样?弹簧测力计测量的是哪个力?
学生:我想想,B图中物体浸没到了水中,除了受到重力、拉力之外,还受到了浮力的作用。
老师,我画个图分析一下。如图所示,拉力与浮力竖直向上、重力的方向竖直向下。
弹簧测力计测量的是物体浸没在水中受到的拉力。
老师:对,弹簧测力计测量的力我们也可形象地说是物体在水中受到的“重力”。 那这三个力的大小有关系如何?
学生:物体在水中也处于静止状态,受到的合力为零,那就是说竖直向上的浮力与拉力之和等于物重,
老师:很好!那你明白这个实验是怎样测量浮力了吧?
学生:嗯,我明白了!先用弹簧测力计测量出物体的重力,然后再测量出物体浸入水中后物体受到的拉力(或者象您说的测量出物体在水中的“重力”),那物体的浮力或
老师:
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呵呵,这种方法,相当于测量了两次重力,所以我们可形象称之为称重法
学生:嗯,这样我就会解上面的问题了:
乙图中
丙图中
乙图中
所以浸没在液体里的物体所受浮力的大小与深度无关。比较图丙和图丁可得到的结论是:浮力的大小与液体的密度有关。
◇学生笔记
测量浮力的方法:称重法,
◇要点训练
1.小明和小华分别利用重为1N的橡皮泥、弹簧测力计、细线、烧杯和水等器材探究浮力大小与物体形状的关系。他们将各自的橡皮泥依次捏成圆锥体和圆柱体进行实验,实验过程及相关数据如图所示。请你解答下列问题:
(1)图A中橡皮泥所受浮力的大小为_____N。
(2)他们经过交流发现实验结论不一致,你认为_____的实验方案得出的结论更可靠,另一方案得出的结论不可靠的主要原因是_______________________________。
(3)在初中物理学习中与上述实验方法相同的实验有________________。(只举一例)
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答案:(1)0.4 (2)小华 没有控制变量(没有控制排开液体的体积不变等)(3)探究电阻上的电流跟两端电压的关系
解析:(1)图A中橡皮泥所受浮力的大小利用“称重法” 算出;
(2)小明的方案由于次橡皮泥都没有浸没,存在排开水的体积和物体的形状两个变量,此时的浮力没有可比性;小华的方案中,橡皮泥两次都浸没了,只存在形状不同这一个变量,所以得出的结论更可靠。(3)采用控制变量法做过的实验有很多,如“探究影响压力作用效果的因素”、“探究影响蒸发快慢的因素”等等。
2.如图所示将一铁块用弹簧秤悬挂起来,并逐渐浸入水中,下列能正确表示弹簧测力计示数与浸入深度关系的是( )
答案:A
解析:根据称重法测量浮力的原理,弹簧秤示数
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;铁块逐渐浸入水中,受到的浮力越来越大,因此弹簧测力计示数先逐渐变小;当铁块浸没后,浮力大小就不变了,深度不再影响浮力,因此弹簧测力计示数在物体浸没后大小不再改变。
3.在“浮力”这一节,老师要求同学们完成下面5个内容。
(1)如图甲所示,在水桶中装半桶水。用手把空的饮料罐按入水中越深,观察发现水面升得越高,说明饮料罐排开水的重力越大;同时感受到手对罐向下的压力也越大,这说明罐受到向上的浮力____(选填“变大”、“变小”、“不变”)。于是同学们猜想:浮力大小可能跟排开水的重力有关。
(2)如图乙所示在弹簧测力计下面挂一石块,测得石块重力为G,把石块浸入水中静止时弹簧测力计示数减小为F,分析石块在水中静止时受力,则石块所受浮力的表达式:F浮=_____。
(3)在“探究浮力大小跟排开液体重力大小的关系”时,老师提供足够的器材,同学们设计并完成实验,下表是某组同学记录的数据,请在空格处填上适当数据。
物体重力G/N
物体浸入液体中弹簧
测力计示数F/N
浮力
F浮/N
物体排开水的
重力G排/N
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2
(4)分析上表数据得出结论:_________________。
答案:(1)变大; (2); (3)2; (4)浮力大小等于排开液体受到的重力。
解析:(1)手对罐向下的压力与罐的重力之和等于浮力的大小,压力增大的原因就是浮力增大了;
(2)、(3)此实验中的浮力是用称重法测量的,
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(4)根据所列数据可归纳出结论。
4.如图所示,是认识浮力的探究实验。
(1)将物体悬挂在弹簧测力计下端,如(a)实验所示,物重G=____N。
(2)当用手向上托物体时,如(b)实验所示,手对物体向上的托力F2=____N。
(3)当物体浸入水后,如(c)实验所示,将(c)实验与(a)、(b)实验对照,说明水对物体也有向上的托力,即浮力。水对物体的浮力F浮=__N。
(4)该实验是通过___物理方法,建立起浮力概念的。
答案:(1)5; (2)3; (3)2; (4)类比
解析:手托物体时,;物体浸没到水中时,
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