探究浮力大小的影响因素
第4章 水与人类 · 第4节 水的浮力
「探究浮力大小的影响因素」是浙教版八年级上册《科学》第4章的核心实验。它是建立阿基米德原理的基础，是中考实验探究的常考方向。学生最易把「排开液体体积」与「浸没深度」混为一谈，称重法测浮力也常记错。优创优星科学馆（义乌1+1教育旗下）拆解控制变量与避坑解析，帮孩子分清排开体积与深度、把浮力规律吃透。
实验情境
你读过僧人怀丙打捞铁牛的故事吗？宋治平三年（1066），有四头重达万斤的铁牛沉到了河底。由于铁牛太重，谁也想不出办法来打捞。一位名叫怀丙的僧人提出了一个很好的方法：先准备两条大船，在船上装满土。两条船一左一右分别排列在铁牛的两边，在船上绑上大木头，用木头钩架住铁牛。然后将船上的土搬走，随着船不断上浮，铁牛也慢慢浮出了水面。怀丙的方法在当时是一个很了不起的创意。现代起重浮艇采用的也是类似的方法，所以怀丙称得上是现代起重浮艇的鼻祖。
实验目标
- 知道物体浸在液体中会受到浮力的作用。
- 通过探究，认识物体浸入液体所受浮力的大小与其所排开液体的重力的关系。
- 认识物体的浮沉条件。
实验器材与材料
| 器材 | 用途 |
|---|---|
| 弹簧测力计 | 测物体重力与浸水后的拉力，用称重法计算浮力 |
| 玻璃缸 | 盛水容器，供物体浸入 |
| 圆柱体铁块 | 被测物体，研究其浮力大小 |
| 细线 | 悬挂铁块，便于测拉力 |
| 塑料瓶、橡皮泥 | 探究物体形状对浮力的影响 |
| 溢水杯、烧杯、刻度尺 | 探究排开液体体积与浮力的关系 |
实验原理
物体在液体里受到的浮力，只和它排开液体的体积、液体的密度有关，和它本身的形状、浸没后的深度都没关系。
研究多个因素对某个量的影响时，每次只改变一个要研究的因素，其他因素都保持不变，才能准确得出这个因素的真实影响。
用弹簧测力计先测物体重力，再把物体挂在测力计下浸入液体，两次示数的差就是物体受到的浮力大小。
实验步骤与现象
1感受物体所受的浮力
- 1在玻璃缸内倒入一定量的水，取一只盖有瓶盖的空塑料瓶或空心塑料球，将其按入水中，记录你的手感。松手后你将会看到什么现象？ 手的感觉： 。 松手后你看到的现象： ；产生这种现象的原因： 。
- 2用橡皮泥做一艘小船，这艘“小船”能浮在水面上吗？怎样做可以使“小船”能装载更多的“货物”？ （2）把“小船”取出，将它捏成一团后再放到水中，观察发生的现象： （3）通过这个实验，你可以得出什么结论？
2用弹簧测力计测量浮力大小
- 1取一块圆柱体铁块，把它挂在弹簧测力计下，测出它受到的重力为 。
- 2按图示，先使圆柱体铁块的一小部分（如）浸入 水中，观察弹簧测力计示数的变化，并记录此时弹簧测力计的 读数：此时铁块受到的浮力大小为 。 增大圆柱体铁块浸入水中的体积（如），观察弹簧测力 计示数的变化，并记录此时弹簧测力计的读数：此时 铁块受到的浮力大小为 。 把圆柱体铁块全部浸入水中，观察弹簧测力计示数的变化， 并记录 此时弹簧测力计的读数：此时铁块受到的浮力大小为 。
- 3在圆柱体铁块全部浸入水中时，增加它浸入水中的深度，观察弹簧测力计示数的变化： 。
- 4实验结论：随着圆柱体铁块浸入水中体积的增大，它排开水的体积 ，它受到的浮力也 。当铁块全部浸入水中后，它受到的浮力跟浸入的深度 。
3探究浮力大小
- 1用弹簧测力计测出金属块所受的重力。
- 2用弹簧测力计测出空烧杯所受的重力。
- 3先将溢水杯中的水倒满，再把金属块浸入盛满水的溢水杯中，用空烧杯承接从溢水杯里排出的水，读出此时弹簧测力计的示数。
- 4用弹簧测力计测出承接了水后的烧杯和排出的水的总重，求出金属块排出的水的重力。 甲 乙 丙 丁
- 5根据实验过程，将测量的数据记录在表1-3中。
- 6实验结论：浸在液体里的物体，受到向上的 ，浮力的大小等于物体排开的液体受到的 。
| 金属块所受重力G／牛 | 空烧杯所受重力G杯／牛 | 金属块浸没在水中时，弹簧测力计的示数F／牛 | 金属块排开的液体和空 烧杯所受总 重力G总／牛 | 金属块所受 浮力 F浮／牛 | 金属块排开液体所受重力G排／牛 |
|---|---|---|---|---|---|
| — | — | — | — | — | — |
4探究物体浮沉与物体自重的关系
- 1取一个盖紧瓶盖的空塑料瓶，将它全部压入水中，放开手，记录观察到的现象。
- 2在塑料瓶中灌一些水，将它全部压入水中，放开手，记录观察到的现象。
- 3在塑料瓶中灌满水，将它全部压入水中，放开手，记录观察到的现象。
- 4在塑料瓶中灌适量的水，将它全部压入水中后，放开手时，塑料瓶能静止在水中（悬浮）。
- 5请把以上观察到的现象和塑料瓶的受力情况填写在表1-4中。
- 6实验结论：浸在液体中的物体，当它受到的浮力 所受重 力时，物体上浮；当它受到的浮力 所受重力时，物体下沉；当它受到的浮力 所受重力时，物体悬浮在液体中。
| 实验方法 | 塑料瓶的运动情况 | 塑料瓶的受力情况分析 |
|---|---|---|
| 盖紧瓶盖的空塑料瓶浸没在水中 | — | — |
| 灌入部分水的塑料瓶浸没在水中 | — | — |
| 灌满水的塑料瓶浸没在水中 | — | — |
| 灌入适量水的塑料瓶浸没在水中 | 静止在水中（悬浮） | — |
高频翻车现场
【1+1教育避坑提醒】实验操作中最容易做废、最容易被扣分的关键点：
测力弹簧测力计未调零，或读数时视线不与刻度垂直
后果：重力与拉力读数偏差，算出的浮力不准确
正确做法：使用前把测力计指针调零，读数时视线正对刻度、与面板垂直
浸入物体触碰到容器底或壁
后果：物体受容器支持力，测得的拉力偏小、浮力偏大
正确做法：物体浸入液体但不触底、不碰壁，保持自由悬挂
分析误认为浮力随浸入深度一直增大
后果：概念不清，把浸没前后的规律混为一谈
正确做法：浸没前 V排 增大浮力变大，浸没后 V排 不变浮力不变
实验结论
随着圆柱体铁块浸入水中体积的增大，它排开水的体积 ，它受到的浮力也
拓展研究
- 1按图示，在一只很薄的塑料袋中装满水， 使袋中的空气全部排出，用细线把袋口扎紧，细线另一 端挂在弹簧测力计上。然后将塑料袋缓慢浸入水中直至 完全浸没，观察弹簧测力计的示数将如何变化。你能解释 该现象吗？
- 2日常生活中的称量工具有天平、电子秤、弹簧测力计等，利用浮力可以制作“浮力秤”来称量物体的质量。请利用一次性杯子和橡皮泥自制一个“浮力秤”，并谈谈制作中需要注意什么。
- 3利用细木棒和铁丝，制作一个测量液体密度的密度计。
实验考点小结与出题概率
| 核心考点 | 对应教材位置 | 出题概率 | 常见考法·避坑提醒 |
|---|---|---|---|
| 称重法测浮力（F浮=G−F拉） | 八上第4章 | ⭐⭐⭐⭐⭐ | 先用弹簧测力计测重力 G，再测浸入液体后的拉力 F拉，两者之差即浮力 |
| 浮力的影响因素 | 八上第4章 | ⭐⭐⭐⭐⭐ | 只与排开液体体积和液体密度有关，与物体密度、形状、浸没深度无关 |
| 阿基米德原理（F浮=G排=ρ液gV排） | 八上第4章 | ⭐⭐⭐⭐⭐ | 浮力等于物体排开液体的重力，V排 是「排开」体积而非物体体积 |
| 浮力与深度的关系辨析 | 八上第4章 | ⭐⭐⭐⭐ | 浸没前 V排 随深度增大浮力变大；浸没后 V排 不变，浮力不再随深度变化 |
| 物体浮沉条件 | 八上第4章 | ⭐⭐⭐⭐ | F浮＞G 上浮、F浮=G 悬浮、F浮＜G 下沉，结合密度比判断更直观 |
| 控制变量法 | 八上第4章 | ⭐⭐⭐⭐ | 研究某因素时保持其他因素不变，是本题方法要点 |
注：以上数据基于浙江省名校初中月考、期中、期末以及浙江省中考真题统计分析。
中考真题示例
取一实心铁块，将它完全浸没在清水中，分别停留在三个不同的深度。对比铁块受到的浮力大小，下列说法正确的是（ ） A．浸没的深度越深，铁块受到的浮力越大 B．浸没的深度越浅，铁块受到的浮力越大 C．不同深度的铁块受到的浮力大小相等 D．铁块受到的浮力随浸没深度的增加先变大后变小
查看解析
先明确铁块完全浸没在同种液体中且处于不同深度的物理情景。再运用阿基米德原理公式F浮＝ρ液gV排分析决定浮力大小的因素。接着判断铁块在不同深度时液体密度ρ液和排开液体的体积V排是否改变。最后结合分析结果得出浮力与浸没深度的关系并作出选择。 解：根据阿基米德原理可知，浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体受到的重力，表达式为F浮＝ρ液gV排。由题意可知，实心铁块被“完全浸没”在清水中，此时铁块排开水的体积等于铁块自身的体积，即V排＝V铁。因为铁块的体积V铁不变，水的密度ρ水不变，所以铁块在不同深度时排开水的体积V排相同，根据F浮＝ρ水gV排可知，铁块受到的浮力大小相等，与浸没的深度无关。故A、B、D错误，C正确。 故选：C。
潜水钟是人类早期进行水下作业、探索的重要工具。如图所示，将钟体倒扣浸入水中，A点位于钟内密闭空气区域，B点与A点处于同一深度，下列说法正确的是（ ） A．潜水钟能够下沉，说明潜水钟整体的平均密度小于水的密度 B．A点存在液体压强 C．潜水钟下潜时钟内密闭空气被压缩，密度变大 D．潜水钟不断下潜，钟内密闭空气的密度始终保持不变
查看解析
先根据物体的浮沉条件，分析潜水钟下沉时其整体平均密度与水密度的大小关系。 再观察A点所处的具体位置，明确其位于空气区域而非液体中，以此判断A点是否存在液体压强。 接着分析潜水钟不断下潜时深度的变化，利用液体压强与深度的关系得出钟内空气受到的压强变化，从而判断空气体积的变化。 最后结合空气质量不变的特点，利用密度公式分析钟内密闭空气密度的变化情况。 解：A．根据物体的浮沉条件，潜水钟能够下沉，说明潜水钟整体的平均密度大于水的密度，即ρ平均＞ρ水，故A错误； B．A点位于钟内密闭空气区域，不在液体内部，因此A点不存在液体压强，只存在气体压强，故B错误； C．潜水钟下潜时，所处深度增加，根据p＝ρgh可知，水对钟内空气的压强增大，钟内密闭空气被压缩，体积变小，而空气质量不变，由可知，空气的密度变大，故C正确； D．由上述分析可知，潜水钟不断下潜，钟内密闭空气被压缩，体积变小，质量不变，密度变大，…
∬某校科学兴趣小组的同学欲探究影响浮力大小的因素，设计了如图所示的实验装置。为确保实验数据的准确性，实验过程中小组同学始终沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，读数时视线与刻度线保持水平。实验步骤如下： ①将均匀的圆柱体物块悬挂在弹簧测力计下端，待其静止后读出弹簧测力计的示数。 ②在烧杯中盛放适量的水，将物块缓慢浸入水中，当物块分别处于下图甲、乙、丙、丁四种状态时，分别读出并记录对应状态下弹簧测力计的示数。 ③将烧杯中的水换成盐水，重复上述实验步骤，如图戊。 （1）图甲中弹簧测力计的示数为 2.4 N。 （2）对比图甲、乙、丙三种状态可知，当物块缓慢浸入水中，…
查看解析
（1）由图甲可知弹簧测力计分度值，从而得到弹簧测力计的示数； （2）从图中得到甲、乙、丙三种状态可知，当物块缓慢浸入水中，弹簧测力计的示数变化； （3）浮力的大小与物体的密度、物体排开液体的体积有关，利用控制变量法分析； （4）对比图丁和图戊的实验数据可知，利用控制变量法分析浮力和液体的密度的关系。 解：（1）由图甲可知，弹簧测力计的分度值是0.1N，弹簧测力计的示数是2.4N； （2）对比图甲、乙、丙三种状态可知，当物块缓慢浸入水中，弹簧测力计的示数变小，由称重法可知浮力变大，说明浮力与物体排开液体的体积有关； （3）分析甲、丙和丁三次实验可知，物体浸没在同种液体不同深度处，所受浮力相等，可见，物体在液体中所受浮力的大小与它浸入液体中的深度无关； （4）对比图丁和图戊的实验数据可知，物体排开液体的体积相同，盐水的密度较大，弹簧测力计的示数较小，由称重法可知浮力较大，可以得到当物体排开液体…
常见问题
浮力跟物体浸入的深度有关吗？
要分清阶段：浸没前，深度增大、排开液体体积增大，浮力变大；完全浸没后，排开液体体积不再变，浮力与深度无关。
称重法怎么测浮力？
先测物体重力 G，再把物体浸入液体测拉力 F拉，浮力 F浮=G−F拉。
浮力跟物体的密度、形状有关吗？
无关。浮力只与排开液体的体积和液体的密度有关，与物体本身密度、形状无关；橡皮泥船与团沉不同，是因为排开水的体积不同。
阿基米德原理的内容是什么？
浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力大小等于它排开的液体所受的重力，即 F浮=G排=ρ液gV排。
橡皮泥捏成小船能浮、捏成团却沉，为什么？
小船排开水的体积大、受到的浮力大，能等于重力而漂浮；团成团排开水的体积小、浮力小于重力，所以下沉。
义乌1+1教育 · 优创优星科学馆
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