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初中三年级物理

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首页 初中三年级物理知识 浮力及阿基米德原理 浮力的应用 二力平衡的定义及条件 控制变量法和科学探究的过程 试题正文
  • 探究题
    了探究浸在液体中的物体所受的浮力跟它排开液体所受的重力的关系，某同学进行了下图所示的实验：
    （1）你觉得合理的实验顺序是_________．
    （2）利用_________，浮力为_________N．
    （3）选用其他液体多次实验后，可得出结论：浸在液体中的物体所受的浮力，大小等于_________．
    （4）图乙中，浸没在水中的合金块匀速向下运动的过程中，合金块所受的浮力_________（填“变大”、“不变”或“变小”）．
    （5）合金块的密度是_________．


    本题信息：2012年吉林省月考题物理探究题难度较难 来源:王素娟（初中物理）
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本试题 “了探究浸在液体中的物体所受的浮力跟它排开液体所受的重力的关系，某同学进行了下图所示的实验：（1）你觉得合理的实验顺序是_________．（2）利用_________...” 主要考查您对

浮力及阿基米德原理

浮力的应用

二力平衡的定义及条件

控制变量法和科学探究的过程

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  • 浮力及阿基米德原理
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  • 二力平衡的定义及条件
  • 控制变量法和科学探究的过程
浮力：
（1）定义：浸在液体中的物体受到向上托的力叫做浮力。
（2）施力物体与受力物体：浮力的施力物体是液体 (或气体)，受力物体是浸入液体(或气体)中的物体。
（3）方向：浮力的方向总是竖直向上的。
阿基米德原理：
（1）原理内容：浸在液体里的物体受到液体竖直向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。
（2）公式：，式中ρ液表示液体的密度，V排是被物体排开的液体的体积，g取9．8N／kg。
浮力大小跟哪些因素：
有关浸在液体中的物体受到浮力的大小，跟物体浸入液体中的体积有关，跟液体的密度有关，跟物体浸入液体中的深度无关。跟物体本身密度大小无关。
阿基米德原理的五点透析：
(1)原理中所说的“浸在液体里的物体”包含两种状态：一是物体的全部体积都浸入液体里，即物体浸没在液体里；二是物体的一部分体积浸入液体里，另一部分露在液面以上。

(2)G排指被物体排开的液体所受的重力，F浮= G排表示物体受到的浮力的大小等于被物体排开的液体的重力。

(3)V排是表示被物体排开的液体的体积，当物体全部浸没在液体里时，V排=V物；当物体只有一部分浸入液体里时，则V排<V物。

(4)由可以看出，浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积这两个因素有关，而跟物体本身的体积、密度、形状、在液体中的深度、液体的多少等因素无关。

(5)阿基米德原理也适用于气体，但公式中ρ液应该为ρ气。

控制变量法探究影响浮力大小的因素:
     探究浮力的大小跟哪些因素有关时，用“控制变量法”的思想去分析和设计，具体采用“称量法”来进行探究，既能从弹簧测力计示数的变化中体验浮力，同时，还能准确地测出浮力的大小。
例1小明在生活中发现木块总浮在水面，铁块却沉入水底，因此他提出两个问题：
问题1：浸入水中的铁块是否受到浮力?
问题2：浮力大小与哪些因素有关?
为此他做了进一步的猜想，设计并完成了如图所示实验，
(1)(b)、(c)图中弹簧测力计示数均小于(a)图中弹簧测力计示数，说明浸入水中的铁块__(选填 “受到”或“不受到”)浮力；
(2)做___(选填字母)两次实验，是为了探究铁块浸没在水中时所受浮力大小与深度是否有关；
(3)做(d)、(e)两次实验，是为了探究浮力大小与 __的关系。

解析(1)物体在水中时受到水向上托的力，因此示数会变小。
(2)研究浮力与深度的关系时，应保持V排和ρ液不变，改变深度。
(3)在V排不变时，改变ρ液，发现浮力大小改变，说明浮力大小与ρ液有关。
答案(1)受到(2)(c)、(d)(3)液体密度

公式法求浮力:
     公式法也称原理法，根据阿基米德原理，浸入液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力(表达式为：F浮=G排=ρ液gV排)。此方法适用于所有浮力的计算。
例1一个重6N的实心物体，用手拿着使它刚好浸没在水中，此时物体排开的水重是10N，则该物体受到的浮力大小为____N。
解析由阿基米德原理可知，F浮=G排=10N。
答案10

实验法探究阿基米德原理:
     探究阿基米德原理的实验，就是探究“浮力大小等于什么”的实验，结论是浮力的大小等于物体排开液体所受的重力。实验时，用重力差法求出物体所受浮力大小，用弹簧测力计测出排开液体重力的大小，最后把浮力与排开液体的重力相比较。实验过程中注意溢水杯中的液体达到溢口，以保证物体排开的液体全部流入小桶。
例1在探究“浮力大小等于什么”的实验中，小明同学的一次操作过程如图所示。

 (1)测出铁块所受到的重力G铁；
(2)将水倒入溢水杯中；
(3)把铁块浸入溢水杯中，读出弹簧测力计示数F；
(4)测出小桶和被排开水的总重力G；
(5)记录分析数据，归纳总结实验结论，整理器材。
分析评估小明的实验，指出存在的问题并改正。
解析:在探究“浮力大小等于什么”的实验中，探究的结论是浮力的大小等于物体排开的液体所受到的重力，所以实验时，需要用弹簧测力计测出铁块受到的浮力和它排开水的重力进行比较得出结论，因此实验过程中需要测空小桶的重力G桶，并且将溢水杯中的水加至溢水口处。
答案:存在的问题：
(1)没有测空小桶的重力 (2)溢水杯的水量不足
改正：(1)测空小桶的重力G桶(2)将溢水杯中的水加至溢水口处
浮力知识梳理：

曹冲称象中的浮力知识：
   例曹冲利用浮力知识，巧妙地测出了大象的体重。请你写出他运用的与浮力有关的知识_____、 ____，另外，他所用到的科学研究方法是：_____和______.
  
   解析:曹冲称象的过程是首先把大象放在船上，在水面处的船舷上刻一条线，然后把大象牵上岸。再往船上放入石块，直到船下沉到船舷上的线再次与水面相平时为止，称出此时船上石头的质量即为大象的质量。两次船舷上的线与水面相平，根据阿基米德原理可知，为了让两次船排开水的体积相同，进而让两次的浮力相同，再根据浮沉条件，漂浮时重力等于浮力可知：船重+大象重=船重+石头重，用多块石头的质量替代了不可拆分的大象的质量，这是等效替代法在浮力中的一个典型应用。
 
   答案:浮沉条件  阿基米德原理  等效替代法化整为零法
浮力的应用：轮船、潜水艇、气球和飞艇等。
浮力的利用：
1．盐水选种我国农民常采用盐水浸泡法来选种，如图，这种方法是把种子放入浓度适宜的盐水中，干瘪、虫蛀的种子密度小于盐水的密度会上浮至液面，而饱满的种子则因为密度大于盐水的密度因此它们会沉在底部。

2．轮船用密度大于水的材料制成能够浮在水面的物体，必须使它能够排开更多的水。根据这个原理，人们制造了轮船，轮船是用密度大于水的钢铁制成的，把它做成空心的，使它的平均密度小于水的密度时，它就会漂浮在水面上，这时船受到的浮力等于自身的重力，所以能浮在水面上。只要船的重力不变，无论船在海里还是河里，它受到的浮力不变。根据阿基米德原理如： G排=ρ液gV排。它在海里和河里浸入水中的体积不同。轮船的大小通常用排水量来表示，排水量就是轮船按设计的要求装满货物即满载时排开水的质量。
3．潜水艇
(1)潜水艇的上浮和下沉是靠压缩空气调节水舱里水的多少来控制自身的重力而实现浮沉的。(如图所示)

 (2)浸没在水中的潜水艇排开水的体积，无论下潜多深，始终不变，所以潜水艇所受的浮力始终不变。若要下沉，可充水，使F浮<G。；若要上浮，可排水，使F浮> G。在潜水艇浮出海面的过程中，因为排开水的体积减小，所以浮力逐渐减小，当它在海面上行驶时，受到的浮力大小等于潜水艇的重力。
定义:
物体在两个力作用下保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这两个力平衡.
二力平衡的条件：
同物：两个力作用在同一物体上
等值：两个力大小相等
反向：两个力方向相反
共线：两个力在同一直线上

说明：
①二力平衡时要求四个条件同时具备，缺一不可。
②判断二力是否平衡既可用二力平衡条件来判断，也可根据物体是否处于平衡状态来确定受到的力是否平衡

隐含“二力平衡”的变形题：
    考查二力平衡与平衡状态的试题很多，形式变化多样，有一些条件很直接，而有时具有隐蔽性，但始终遵循平衡力和平衡状态的对应关系，准确把握这一关系，适应多变题型。题型多以填空题、选择题的形式出现。
例:如图所示，各用4N的水平力沿相反的方向拉弹簧测力计的两端(弹簧测力计自重不计)，则下列说法中正确的是(   )

A．弹簧测力计的示数为4N，弹簧测力计受的合力为4N
B．弹簧测力计的示数为0N，弹簧测力计受的合力为0N
C．弹簧测力计的示数为8N，弹簧测力计受的合力为0N
D．弹簧测力计的示数为4N，弹簧测力计受的合力为0N
解析:本题考查弹簧测力计的原理，弹簧测力计是利用力产生的效果大小来测量力的大小的。弹簧测力计的构造是弹簧一端固定(与挂环相连的一端)，叫做固定端；另一端与挂钩相连，叫做自由端。测量时，使固定端不动，拉力拉挂钩使弹簧伸长，拉力越大，弹簧伸长就越长，弹簧测力计的示数就越大，也就是说，弹簧测力计指针的示数等于作用在挂钩上的拉力的大小，是一端的力的大小，而不是两端的受力之和所以在本题中弹簧测力计的示数是4N。而把弹簧测力计作为研究对象，在一对平衡力作用下，合力是零。
答案：D

二力平衡的判断方法：
    判断一对力是否是平衡力，有两种方法。一种是根据二力平衡条件判断，只要两个力“同体、等大、反向、共线”，那么，这两个力就是一对平衡力。另一种是根据物体的运动状态是否改变判断，如果物体在某一方向上受到一对力而运动状态保持不变，那么这一对力就是平衡力，反之，就不是平衡力。
例1一本物理书静止在水平桌面七，下列各对力中属于平衡力的是（）
A．书对地球的引力和地球对书的引力
B．书受到的重力和桌面对书的支持力
C．书对桌面的压力和书受到的重力
D．书对桌面的压力和桌面对书的支持力
解析：互为平衡力的两个力应满足：受力物体相同，大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。A 项中的两个力的受力物体不同，是一对相互作用力；B 项重力和支持力四个条件都符合，是平衡力；C项中的两个力不满足受力物体相同和方向相反的条件，不是平衡力；D项中的两个力的受力物体不同，施力物体和受力物体刚好相反，是一对相互作用力。
答案：B
二力平衡的意义：
    二力平衡是力的分析的最简单、最基本的情况，若一物体处于二力平衡状态，我们了解了其中一个力，对另一个力也就了如指掌。如图所示，一物体放在水平桌面上，它将受到重力和桌面对它的支持力，物体处于平衡状态。我们知道了物体的重力，根据等大、反向、共线的关系，也就知道了支持力，的大小、方向及作用点。

二力平衡的作用效果：
    二力平衡的效果不仅使物体保持平衡状态，还使物体发生了形变(只不过有时效果不明显，但形变还是有的，如静止在地面上的物体受重力和地面支持力的作用，发生了微小形变)。因此，两个力并不是完全抵消而没有产生任何力的作用效果。

补充：
(1)物体在两平衡力作用下处于平衡状态，若再加一对或多对平衡力，物体将仍然处于平衡状态。
(2)平衡力可以通过受力图形象地描绘出来。

二力平衡的应用：
（1）用弹簧测力计测量物体所受重力时，就是利用二力平衡条件。
（2）放在桌面上的花瓶受到竖直向下的重力和桌面对他竖直向上的支持力，二力平衡。
（3）悬挂着的吊灯，受到竖直向下的重力和吊线对它竖直向上的拉力，二力平衡。
（4）在水平道路上匀速直线运动的汽车，水平方向受到向前的牵引力和向后的阻力，二力平衡。
（5）在竖直方向，汽车受到向下的重力和路面对它向上的支持力，二力平衡。
控制变量法：
物理学中对于多因素（多变量）的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。它是科学探究中的重要思想方法，广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。例如以下的探究实验：
探究影响蒸发快慢的因素；
探究力与运动的关系
探究影响滑动摩擦力大小的因素；
探究影响压力的作用效果的因素；
探究影响液体压强大小的因素；
探究影响浮力大小的因素；
探究影响动能大小的因素；
探究影响重力势能大小的因素；
验证欧姆定律

科学探究过程：
科学探究过程的一些环节：提出问题、猜想和假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集数据、分析与论证、评估、交流与合作。
发现相似题
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