实验12 验证阿基米德原理实验(解析版)

实验十二、验证阿基米德原理的实验

或者

【实验目的】：

探究浸在液体中的物体受到的浮力大小与物体排开液体的重力之间的关系。

【实验原理】：

阿基米德原理。

【实验器材】：

弹簧测力计、金属块、量筒（小桶）、水、溢水杯、

【实验步骤】：

①把金属块挂在弹簧测力计下端，记下测力计的示数F1。

②在量筒中倒入适量的水，记下液面示数V1。

③把金属块浸没在水中，记下测力计的示数F2和此时液面的示数 V2。

④根据测力计的两次示数差计算出物体所受的浮力（F 浮=F1-F2）。

⑤计算出物体排开液体的体积（V2-V1），再通过G水=ρ（V2-V1）g 计算出物体排开液体的

重力。

⑥比较浸在液体中的物体受到浮力大小与物体排开液体重力之间的关系。（物体所受浮力

等于物体排开液体所受重力）

【实验数据】：

次数物重

G（N）

拉力

F拉（N）

F浮＝

G－F拉（N）

杯重

G杯（N）

杯＋水重

G杯＋水（N）

排开水重

G排＝G杯＋水－G杯（N）

比较F浮和

G排

1 2 3

【实验结论】：液体受到的浮力大小等于物体排开液体所受重力的大小

【考点方向】：

1、为了验证阿基米德原理，实验需要比较的物理量是：浮力和物体排开液体的重力。

1、弹簧测力计使用之前要上下拉动几下目的是：检查弹簧测力计是否存在卡阻现象。

2、实验中溢水杯倒水必须有水溢出后才能做实验，否则会出现什么结果：

答：会出现浮力大于物体排开水的重力。

3、实验前先称量小桶和最后称量小桶有何差异：最后称量小桶会因水未倒干净而产生误差。

4、实验结论：物体受到的浮力等于物体排开液体的重力。

5、实验时进行了多次实验并记录相关测量数据目的是：避免实验偶然性、使结论更具普遍性。

6、实验中是否可以将金属块替换为小木块，为什么？

答：不可以，因为小木块浸入水中后会吸附部分水，影响溢出水的体积。

7、如果用塑料方块来验证阿基米德原理，实验需要改进的地方是：去除弹簧测力计悬挂，直接将物块轻轻放入水中即可。

8、实验过程中，难免有误差存在，请说出一些容易导致误差的原因：小桶中的水未倒净,排开的水未全部流入小桶等。

【创新母题】：某实验小组利用弹簧测力计、小石块、溢水杯等器材，按照图所示的步骤，来验证阿基米德原理。

（1）先用弹簧测力计分别测出空桶和石块的重力，其中石块的重力大小为N。

（2）把石块浸没在盛满水的溢水杯中，石块受到的浮力大小为N．石块排开的水所受的重力可由（填字母代号）两个步骤测出。

（3）由以上步骤可直接得出结论：浸在水中的物体所受浮力的大小等于。

（4）另一实验小组同学认为上述实验有不足之处，其不足是：。

（5）为了改善上述不足之处，下列继续进行的操作中不合理的是。

A．用原来的方案和器材多次测量取平均值

B．用原来的方案将水换成酒精进行实验

C．用原来的方案将石块换成体积与其不同的铁块进行实验

（6）另一实验小组在步骤C的操作中，只将石块的一部分浸在水中，其他步骤操作正确，则（选填“能”或“不能”）得到与（3）相同的结论。

（7）将小石块换成泡沫块，发现泡沫块会漂浮在液面上，原因是：；有同学认为这样无法完成实验，其理由：。

【答案】

（1）3.8；（2）1.4；AD；（3）排开液体的重力；（4）测量了一组数据，具有偶然性，不能得出普遍规律；（5）A；（6）能；（7）泡沫密度小于液体的密度；泡沫块比较轻，会漂浮于水面，排开液体的量较少，测量误差相对较大。

【解析】

（1）由图B可知，弹簧测力计的示数为3.8N，即物体对弹簧测力计的拉力为3.8N，

因为物体间力的作用是相互的，弹簧测力计对物体的拉力也为3.8N；

因为物体处于平衡状态，受拉力和重力是一对平衡力，大小相等，故物体的重力是3.8N；

（2）由称重法：知：F浮=G﹣F示=3.8N﹣2.4N=1.4N；

液体与桶的总重力与桶的重力之差是物体排开液体的重力，由图中AD两个步骤测出；

（3）根据（2）知F浮=1.4N；排开液体的重力：G排=F桶和水﹣F桶=2.6N﹣1.2N=1.4N，故可以得出浸在水中的物体所受浮力的大小等于排开液体的重力，即F浮=G排；

（4）为了避免实验偶然性，得出普遍规律需要更换不同的液体，同时测量多组数据来进行探究使结论更具普遍性。

（5）本实验是“探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系”属于探究性实验，多次测量找普遍规律。A．测量型实验多次测量取平均值减小误差，此实验为探究型，不能求平均值，故A不合理；

B．用原来的方案将水换成酒精进行多次实验，找出普遍规律，故B合理；

C．用原来的方案将石块换成体积与其不同的铁块进行实验，找出普遍规律，故C合理；

（6）根据阿基米德原理，不管物体是否浸没，其所受的浮力均等于它排开液体所受的重力。

（7）泡沫密度小于液体的密度，所以根据沉浮条件，泡沫会漂浮于液面；泡沫块比较轻，会漂浮于水面，排开液体的量较少，测量误差相对较大，影响实验的成功。

练习1.（2019·福建）如图,“验证阿基米德原理”的实验步骤如下:

①用弹簧测力计测出物体所受的重力G（图甲）；

②将物体浸没在水面恰好与溢口相平的溢水杯屮，用空的小桶接从溢水杯里被物体排开的水，读出这时测力计的示数F（图乙）；

③测出接水后小桶与水所受的总重力G1（图丙）；

④将小桶中的水倒出，测岀小桶所受的重力G2（图丁）；

⑤分别计算出物体受到的浮力和排开的水所受的重力，并比较它们的大小是否相同"。

甲乙丙丁

回答下列问题：

（1）物体浸没在水中,受到水的浮力F浮=____________，被排开的水所受的重力G排_________。（用上述测得量的符号表示）

（2）指出本实验产生误差的原因（写出两点）：

（a）_____________________________________________________；

（b）__________________________________________________________。

（3）物体没有完全浸没在水中,______（选填“能”或“不能“）用实验验证阿基米德原理。

【答案】

(1) G-F；G1-G2；

(2) (a)测力计的精度不够,测量时测力计未保持静止等；

(b)小桶中的水未倒净；排开的水未全部流入小桶等；

(3)能；

【解析】

(1)用弹簧测力计测量物体的重力，当物体浸没水中时,发现测力计的读数会变小,这是由于物体在水中受到浮

力，两次读数之差就是物体所受的浮力，即F浮=G-F。当物体浸没时,收集从溢水杯排出的水，用弹簧测力计测出水和小桶的总重力，再把水倒净测量空小桶的重力，可得G排=G1-G2。

(2)本实验产生误差的原因除了答案中的两点，实际上还有可能是弹簧测力计的指针不稳造成读数误差等。

(3)浸入液体中的物体所受浮力的大小等于物体排开的液体所受重力的大小，故物体没有浸没，也能用实验验证阿基米德原理。

练习2.（2019·东营）如图所示，物理兴趣小组用金属块研究浮力的实验。

(1)金属块浸没在水中时，受到的浮力是_ __N。

(2)比较_ __(填字母代号)三图可得出结论：金属块受到的浮力大小与其排开液体的体积有关。

(3)比较__ _(填字母代号)三图可得出结论：金属块受到的浮力大小与其浸没在液体中的深度无关。

(4)金属块的密度为_ __kg/m3。

(5)在实验中，排除测量误差因素的影响，兴趣小组发现金属块排开水的重力明显小于所受的浮力，请指出实验操作中可能造成这种结果的原因：___。

(6)纠正了错误,继续实验,兴趣小组得出结论：物体所受浮力的大小等于它排开液体所受的重力。有同学对此结论提出质疑,他认为仅采用浸没的金属块做实验不具备普遍性,使用漂浮的蜡块做实验未必遵循以上结论。针对这个质疑,实验室提供了如下器材：弹簧测力计、蜡块、细线、量筒、烧杯、小木块、小桶、轻质塑料袋(质量可忽略)、适量的水。请你根据需要选择器材并设计实验，研究使用漂浮的蜡块做实验是否遵循兴趣小组所得出的结论。

实验器材：_ __；

实验步骤：__ _；

分析与论证：_ __。

【答案】

(1)1；(2)ABC(ABD)；(3)ACD；(4)2.7×103；(5)溢水杯没有装满水；

(6)实验器材：小木块、弹簧测力计、蜡块、细线、小桶、水；

实验步骤：

①用测力计测量出空小桶的重力G桶；

②将木块垫在烧杯下一侧作为溢水杯用，将烧杯内装满水，

③将蜡用细线拴好，用测力计测量出蜡块的重力G，

④将蜡块取下轻轻放入烧杯内的水中，用小桶接排开的水，

用测力计测量出空小桶的和水的总重力G桶总；

分析与论证：

根据漂浮的特点，蜡块的重力G即其受到的浮力，

G桶总?G桶即为排开水的重力，

比较G与G桶总?G桶的大小，若相等，则得出使用漂浮的蜡块做实验遵循以上结论；否则不遵循以上结论。

【解析】

(1)由图A. C(或D)，金属块浸没在水中时受到的浮力：

F浮=G?F示=2.7N?1.7N=1N；

(2)研究金属块受到的浮力大小与其排开液体的体积有关，要控制排开液体的密度相同，

B.C两图中物体浸入的是同种液体，液体的密度是一定的，C图中物体排开水的体积比较大；

C图中物体受到的浮力等于：2.7N?1.7N=1N，B图中物体受到的浮力等于：2.7N?2.2N=0.5N。

由此得出：在液体的密度一定时，物体排开液体的体积变大时，物体受到的浮力就会变大，由此说明金属块受到的浮力大小与其排开液体的体积有关；

(3)研究金属块受到的浮力大小与其浸没在液体中的深度的关系，要控制排开液体的密度和体积相同，故比较ACD三图可得出结论：金属块受到的浮力大小(大小相同)与其浸没在液体中的深度无关；

(4)金属块浸没在水中时受到的浮力：

F浮=1N;根据阿基米德原理,F浮=ρ水gV排=ρ水gV物=1N；

故金属块的密度：

ρ=G/g/(F浮/ρ水g)=G/F浮×ρ水=2.7N/1N×1.0×103kg/m3=2.7×103kg/m3

(5)在实验中，排除测量误差因素的影响，兴趣小组发现金属块排开水的重力明显小于所受的浮力，可能造成这种结果的原因：溢水杯没有装满水，造成溢出水的体积小于排开水的体积：

(6)实验器材：小木块、弹簧测力计、蜡块、细线、小桶、水；

实验步骤：

①用测力计测量出空小桶的重力G桶；

②将木块垫在烧杯下一侧作为溢水杯用，将烧杯内装满水，

③将蜡块用细线拴好，用测力计测量出蜡块的重力G，

④将蜡块取下轻轻放入烧杯内的水中，用小桶接排开的水，

用测力计测量出空小桶的和水的总重力G桶总；

分析与论证:

根据漂浮的特点，蜡块的重力G即其受到的浮力，

G桶总?G桶即为排开水的重力，

比较G与G桶总?G桶的大小，若相等，则得出使用漂浮的蜡块做实验遵循以上结论；否则不遵循以上结论。

练习3.（2018?淄博）小明利用弹簧测力计、烧杯、小桶、石块、细线等器材探究浮力大小与排开液体的重力的关系。

（1）部分实验操作步骤如图所示，遗漏的主要步骤是，若将遗漏的步骤标注为D，最合理的实验步骤顺序是（用实验步骤对应的字母表示）。

（2）小明进行实验并把数据记录在下表中。从表中数据可知石块受到的浮力是N，排开液体的重力是N．小明根据它们的大小关系归纳出了实验结论并准备结束实验，同组的小丽认为实验还没有结束，理由是，接下来的实验操作应该是。

实验步骤 A B C D

弹簧测力计示数/N 1.6 1.8 0.5 0.3

（3）实验结束后，小明还想进一步探究浮力大小是否与物体的密度有关，可取相同的铁块和铝块，使其浸没在同种液体中，比较浮力的大小。

【答案】

（1）测量空桶的重力；D、B、A、C；

（2）0.2；0.2；通过一组数据得出的结论会具有片面性或偶然性；换用不同液体重新实验；

（3）体积。

【解析】

（1）探究浮力大小与排开液体的重力的关系，需要测出物体排开水的重力，需要先测出空桶的重力，由图示实验可知，实验遗漏的步骤是：测量空桶的重力；

实验时，先测出空桶的重力，然后测出物体的重力，再将物体浸在溢水杯中，读出弹簧测力计的示数，根据F浮=G﹣F示得出物体受到的浮力，最后测出小桶和水的总重力，从而测出物体排开水的重力，因此合理的实验步骤是：D、B、A、C；

（2）由实验步骤AB可知，物体浸在液体中时受到的浮力：F浮=F B﹣F A=1.8N﹣1.6N=0.2N；

由实验步骤CD可知，物体排开液体的重力：G排=F C﹣F D=0.5N﹣0.3N=0.2N；

由于只测了一组实验数据，这样得出的结论会具有片面性或偶然性，所以为了寻找普遍规律，做完一次实验后，需要换用不同液体重新实验；

（3）想进一步探究浮力大小是否与物体的密度有关，需要选用体积相同、密度不同的物体，使其浸没在同种液体中（保证了液体密度相同、排开液体的体积相同），比较浮力的大小。

练习4：为了验证“阿基米德原理”，小明所在的兴趣小组设计了如图甲所示的实验装置：其中A、B为两个规格相同的弹簧测力计，C为正方体金属块，D为薄塑料袋（质量不计），E是用废弃的大号饮料瓶、带孔橡皮塞以及弯曲玻璃管自制的溢水杯，杯中加入红色的水，F是可升降平台，G为铁架台．

（1）实验中，小明逐渐调高平台F，使金属块浸入液体中的体积越来越大，观察到弹簧测力计A的示数_ ，弹簧测力计B的示数__ _（选填“变大”、“变小”或“不变”．弹簧测力计A示数的变化量△F A _弹簧测力计B 示数的变化量△F B（选填“大于”、“等于”或“小于”）．

（2）实验后，做出弹簧测力计A的拉力F与金属块下表面所在处液体的深度h的关系如图乙所示．从图象可知，当金属块下表面所在处液体的深度为10cm时，其受到的浮力是___N，该金属块的密度为____ ___g/cm3．

（3）该实验装置的优点是 _ ____．（请写出一条

【答案】

(1)变小；变大；等于；

(2)2.0；2.5；

(3)便于直接比较A、B两个弹簧测力计示数的变化量,得出结论。

【解析】

(1)通过阿基米德原理可以知道,物体浸入水中受到向上的浮力,浮力的大小等于排开水的重力；

(2)物体浸在液体中受到的浮力等于物体的重力与弹簧测力计的拉力之差,由图象求出物体的重力与弹簧测力计的拉力,然后求出物体受到的浮力.根据表中实验数据求出塑料块的重力,然后求出其质量;物体完全进入液体时排开液体的体积等于物体的体积,由表中数据求出塑料块的体积,最后由密度公式求出塑料块的密度；(3)结合此实验装置,比较课本实验装置分析得出各自的优缺点。

练习5.（2018?沂水）同学们在学习“阿基米德原理”这节课上，仔细观察了老师做的如图甲所示的演示实验。课后复习时，物理兴趣小组的同学们，提出了一个新的实验方案，并动手制作出了如图乙所示实验装置，其中A、B为两个规格相同的弹簧测力计，C为重物，D为薄塑料袋（质量不计），E是自制的溢水杯，F 是升降平台（摇动手柄，可使平台高度缓慢上升、下降），G为铁架台。

（1）实验中，同学们逐渐调高平台F，使重物浸入水中的体积越来越大，观察到弹簧测力计A的示数，弹簧测力计B的示数（选填“变大”“变小”或“不变”）。

（2）比较弹簧测力计A的示数变化量F A′和弹簧测力计B的示数变化是F B′，它们的大小关系是F A′F B′（选填“＞”“＜”或“=”），说明物体所受的浮力等于。

（3）对比图甲和图乙两组实验，新的实验与原实验比较有哪些优点或缺点？请写出任意一条优点：；

缺点：。

【答案】

（1）变小；变大；

（2）=；物体排开液体的重力；

（3）优点：物体所受浮力大小和物体排开液体的重力大小关系对比明显，容易得出结论；缺点：升降台上升时，塑料袋下降，操作难度大。

【解析】

（l）（2）逐渐调高平台，重物浸入水中的体积越来越大时，排开液体的体积变大，

根据F浮=ρ液gV排可知，重物受到的浮力变大，

因为F浮=G﹣F′

所以弹簧测力计A的示数F′=G﹣F浮变小；

又因为重物浸入水中的体积越来越大时，溢出水的体积变大、溢出水的质量变大、溢出水受到的重力变大，所以弹簧测力计B的示数变大；

根据阿基米德原理可知，物体所受浮力的大小和排开液体的重力相等，

所以弹簧测力计A示数的变化量△F A和弹簧测力计B的示数变化量△F B相等。

（3）优点：

①物体所受浮力大小和物体排开液体的重力大小关系对比明显，容易得出结论；

②调节平台F的高度，可观察到物体受到的浮力随排开液体的体积的增大而增大；

③铁架台固定，弹簧测力计示数更稳定，便于观察，便于讲解；

缺点：

①升降台上升时，塑料袋下降，操作难度大；

②整合度高，理解起来难度大。

练习6.（2018?衡阳）为了直观验证阿基米德原理，实验装置如图所示，把弹簧测力计上端固定在铁架台上，用粗铁丝做一个框，挂在弹簧测力计挂钩上。在粗铁丝框上端悬吊一个金属块，下端放一小杯。在金属块的正下方，有一个溢水杯，溢水杯放置在铁架台的支架上，溢水杯跟金属块、粗铁丝都不接触。

（1）平稳缓慢地抬高溢水杯支架，使金属块完全浸没入水中（如图甲→乙→丙），在此过程中。弹簧测力计示数：F甲F乙（选填“大于”、“等于”或“小于”）。

（2）再平稳缓慢地降低溢水杯支架，使金属块完全离开水面（如图丁）。可以计算出图丙中金属块所受到的浮力约为N，此时浮力的测量数值比真实数值将（选填“偏大”或“偏小”）。

【答案】

（1）等于；（2）1.2；偏大。

【解析】

（1）平稳缓慢地抬高溢水杯支架，使金属块完全浸没入水中（如图甲→乙），由阿基米德原理可知，在此过程中甲受到的浮力等于排开液体所受的重力，故F甲=F乙；

（2）由图丙、丁可知，弹簧测力计的分度值，0.2N，图丁G=4.4N，图丙F示=3.2N，

图丙中金属块所受到的浮力约为：

F浮=G﹣F示=4.4N﹣3.2N=1.2N；

金属块完全离开水面时要带一些小水滴，使重力G测的数值偏大，根据F浮=G﹣F示可知，此时浮力的测量数值比真实数值将偏大。