體積跟力的關系的實驗裝置

1. 探究浮力大小與哪些因素有關的實驗裝置

如圖是「探究浮力大小與那些因素有關」的實驗裝置，請根據圖示回答問題：

（1）由圖___和____可知浸入液體中的物體所受浮力的大小跟排開液體的體積有關。
（2）由圖____和_____可知物體排開液體體積相同時，浮力大小跟物體種類有關。
（3）當物體完全浸沒在水中時，物體上下表面所受壓力的差為____N。
題型：探究題難度：中檔來源：湖南省模擬題
答案（找作業答案--->>上魔方格）
（1）B，C（2）C ，D（3）3

2. 在探究「浮力大小與物體排開液體的體積有什麼關系」的實驗中，實驗裝置如圖1所示，實驗數據記錄如下表．

（1）據表格中數據描點，並用平滑的曲線連接起來，如圖所示：

（2）圖象是一條過原點的直線，可知，液體的密度一定，浮力大小與液體排開液體的體積成正比；
（3）實驗的次數越多，根據數據分析得出的浮力跟物體排開液體體積的關系越接近實際．
故答案為：（1）見上圖；（2）液體的密度一定，浮力大小與液體排開液體的體積成正比；（3）使浮力跟物體排開液體體積的關系更趨近實際．

3. 與力有關的科學實驗

重力加速度測量的十種方法

方法一、用彈簧秤和已知質量的鉤碼測量
將已知質量為m的鉤碼掛在彈簧秤下，平衡後，讀數為G.利用公式G=mg得g=G/m.
方法二、用滴水法測重力加速度
調節水龍頭閥門，使水滴按相等時間滴下，用秒錶測出n個（n取50—100）水滴所用時間t，則每兩水滴相隔時間為t′=t/n，用米尺測出水滴下落距離h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.
方法三、用單擺測量（見高中物理學生實驗）
方法四、用圓錐擺測量.所用儀器為：米尺、秒錶、單擺.
使單擺的擺錘在水平面內作勻速圓周運動，用直尺測量出h（見圖1），用秒錶測出擺球n轉所用的時間t，則擺球角速度ω=2πn/t

擺球作勻速圓周運動的向心力F=mgtgθ，而tgθ=r/h所以mgtgθ=mω2r由以上幾式得：
g=4π2n2h/t2.
將所測的n、t、h代入即可求得g值.
方法五、用斜槽測量，所用儀器為：斜槽、米尺、秒錶、小鋼球.

按圖2所示裝置好儀器，使小鋼球從距斜槽底H處滾下，鋼球從水平槽底末端以速度v作平拋運動，落在水平槽末端距其垂足為H′的水平地面上，垂足與落地點的水平距離為S，用秒錶測出經H′所用的時間t，用米尺測出S，則鋼球作平拋運動的初速度v=S/t.不考慮摩擦，則小球在斜槽上運動時，由機械能守恆定律得：mgH=mv2/2.所以g=v2/2H=S2/2Ht2，將所測代入即可求得g值.
方法六、用打點計時器測量.所用儀器為：打點計時器、直尺、帶錢夾的鐵架台、紙帶、夾子、重物、學生電源等.
將儀器按圖3裝置好，使重錘作自由落體運動.選擇理想紙帶，找出起始點0，數出時間為t的P點，用米尺測出OP的距離為h，其中t=0.02秒×兩點間隔數.由公式h=gt2/2得g=2h/t2，將所測代入即可求得g.

方法七、如圖4，標有刻度的粗細均勻的U型管裝有適量的水固定在小車上，用不計質量的彈簧秤拉著小車在光滑水平面上作勻加速運動，彈簧秤讀數為F，用天平測出整個小車裝置的質量為M，小車運動時兩液面高度差為Δh，U型管兩管相距為L.
設U型管水平部分橫截面積為S，則這段液體質量為m=ρ·S·L，ρ為水的密度.整個系統以加速度a=F/M沿水平方向運動，作用在該段水的合作力應為F=ma=ρ·S·LF/M.這個合外力由兩臂液柱的壓力差提供，即F=ρ·g·S·Δh.所以ρ·g·S·Δh=ρ·S·LF/M.由此可得：g=F·L/M·Δh，將所測F、L、M、Δh代入可求得g值.
方法八、將方法七中的U型管換成有刻度的玻璃缸（如圖5）內徑為D，其它條件不變，水與小車一起作勻加速運動時，液面上下高差為Δh，這時測力計的讀數為F，整套裝置質量為M，加速度a=F/M.

在液體斜面上取一微小體積元，設其質量為m，所受重力為mg，它還受到下面液體給予的支持力N，這兩個力的合力是產生加速度a的合力，即mg·tgα=ma.又tgα=Δh/D，所以g=F·D/M·Δh，將所測D、F、M、Δh代入即可求g.


方法九、在小車上固定一個「⊥」形支架，上面裝有量角器.量角器的圓心處掛有一重錘線，如圖6所示.用天平測出整套裝置的質量M，測力計質量不計，用測力計拉著小車在光滑的水平面上作勻加速運動時，測力計讀數為F，重錘線與豎直方向夾角為α，整套裝置的加速度為a=F/M，擺球受重力mg和繩子張力T，其合力產生加速度a.即mgtgα=ma，∴g=a/tgα=F/Mtgα.將所測F、M、α代入即可求得g.
方法十、取半徑為R的玻璃杯，內裝適當的液體，固定在旋轉台上.旋轉台繞其對稱軸以角速度ω勻速旋轉，這時液體相對於玻璃杯的形狀為旋轉拋物面（如圖7）.

重力加速度的計算公式推導如下：
取液面上任一液元A，它距轉軸為x，質量為m，受重力mg、彈力N.由動力學知：
Ncosα-mg=0 （1）
Nsinα＝mω2x （2）
兩式相比得tgα=ω2x/g，又 tgα=dy/dx，∴dy=ω2xdx/g，
∴y/x=ω2x/2g. ∴ g=ω2x2/2y.
.將某點對於對稱軸和垂直於對稱軸最低點的直角坐標系的坐標x、y測出，將轉台轉速ω代入即可求得g.
以上測量重力加速度的方法，有的是粗略的，有的是較精確的，有的是可以實際做的，有的是不能做但原理上是合理的「理想實驗」.這些方法多數是力學知識的綜合運用，有利於培養學生創造性思維和發散性思維.本文的目的是使學生開拓視野，起到「思維訓練性實驗」課的作用.

4. 八年級6班的同學用如圖1所示的實驗裝置探究「浮力的大小與物體排開液體的體積的關系」，實驗中物體排開液

（1）由表一中數據知，水的密度不變，物體排開液體的體積在增大，受到的浮力增大，可得在同一液體中，物體排開液體的體積越大，受到的浮力越大；
（2）表一和表二的第一行或第二行或第三行數據，可知物體排開液體的體積相同，所用液體的密度不同，所受的浮力不同，可得物體在液體中受到的浮力與排開液體的體積有關外，還與液體的密度有關；
（3）由題意知，當受浮力相同時，液體的密度小，排開液體的體積就大，液體的密度大，排開液體的體積就小，可知浮力還跟物體排開液體的重力有關；
（4）根據四幅圖得，浮力：F_浮=F₁-F₃，排開液體的重力：G_排=F₄-F₂，根據阿基米德原理，F_浮=G_排，即：F₁-F₃=F₄-F₂．
（5）由於彈簧測力計在估讀時會造成誤差，根據刻度線顯示排開液體的體積時，造成的誤差也是比較大的，所以會造成表一中1、3兩次數據與這一實驗結論不相符．
故答案為：（1）在同一液體中，物體排開液體的體積越大，受到的浮力越大；（2）液體的密度；（3）物體排開液體的重力大小；（4）F₁-F₃=F₄-F₂；（5）由刻度線顯示排開液體的體積造成的誤差（或彈簧測力計估讀造成的誤差）．

5. 探究浮力大小與哪些因素有關的實驗裝置

試題分析：（1）因為該彈簧測力計的量程和分度值分別是5N和0.2N，所以b圖中測力計的示數為3.6N；a、b、c所示實驗中，由稱重法F浮=G-F可知，物體在b圖中所受浮力F浮1=5N-3.6N=1.4N，物體在c圖中所受浮力F浮2=5N-3N=2N，且物體在c圖中浸沒在液體中的體積大於物體在b圖中浸沒在液體中的體積，由此可得，在液體密度相同時，物體所受浮力的大小跟它浸沒在液體中的體積有關。（2）d所示實驗中，由稱重法F浮=G-F可知，物體浸沒在鹽水中所受浮力F浮3=5N-2.8N=2.2N，大於物體浸沒在水中所受浮力，再由鹽水的密度大於水的密度，可知在物體浸在液體中的體積（或排開液體的體積）相等時，浮力的大小跟液體的密度有關。（3）因為物體浸沒在水中和鹽水中受到的浮力分別為2N和2.2N，再由F浮=ρ液gV排可得，ρ鹽水／ρ水=F浮3／F浮2=1.1／1，即ρ鹽水=1.1ρ水=1.1×103kg/m3。

答案
（1）3.6 它浸沒在液體中的體積（或排開液體的體積）
在物體浸在液體中的體積（或排開液體的體積）相等時，浮力的大小跟液體的密度有關
1.1×103

6. 小明用如圖所示裝置研究「浮力大小跟物體排開液體體積關系」實驗時，將一個掛在彈簧測力計下的金屬圓柱體

（1）h=0時測力計示數為物體重力G=6.75N；
完全浸沒時浮力為6.75N-4.25N=2.5N；根據F_浮=ρ_水gV_排，物體體積V=V_排=

F浮

ρ水g

=

2.5N

1.0×103kg/m3×9.8N/kg

=2.5×10^-4m³；
物體密度ρ=

m

V

=

G

gV

=

6.75N

9.8N/kg×2.5×10?4m3

=2.7×10³kg/m³．
故答案為：6.75；2.5×10^-4；2.7×10³．
（2）2、3、4物體浸入水的體積越大，測力計示數越小，浮力越大．
故答案為：有關．
（3）4、5浸沒在液體中的物體深度變化，彈簧測力計示數不變，即受到的浮力不變．
故答案為：無關．
（4）h逐漸增大，彈簧測力計示數逐漸減小最後不變，圖象應為C．
故選C．

7. （2014道外區二模）同學們利用如圖所示的實驗裝置探究「浮力的大小與物體排開液體的體積的關系」，實驗

（1）由表一中數據知，水的密度不變，物體排開液體的體積在增大，受到的浮力增大，可得在同一液體中，物體排開液體的體積越大，受到的浮力越大；
（2）表一和表二的第一行或第二行或第三行數據，可知物體排開液體的體積相同，所用液體的密度不同，所受的浮力不同，可得物體在液體中受到的浮力與排開液體的體積有關外，還與液體的密度有關；
（3）由題意知，當受浮力相同時，液體的密度小，排開液體的體積就大，液體的密度大，排開液體的體積就小，由G=mg，ρ=

m

V

可得G=ρgV，可以提出猜想：浮力的大小可能跟物體排開液體的重力大小相等；
（4）分別計算出每次物體所受到的浮力為：F₁-F₃；物體排開液體所受到的重力為：F₄-F₂並進行比較；發現每一次F₁-F₃=F₄-F₂，證明了小涵的猜想是正確的．
故答案為：（1）在同種液體中，物體排開液體的體積越大，受到的浮力越大；
（2）在排開液體的體積相同時，浮力的大小還與液體的密度有關；液體的密度越大，物體所受到的浮力越大；
（3）浮力的大小可能跟物體排開液體的重力大小；
（4）分別計算出每次物體所受到的浮力為：F₁-F₃；物體排開液體所受到的重力為：F₄-F₂並進行比較；發現每一次F₁-F₃=F₄-F₂，證明了小涵的猜想是正確的．