利用浮力测量物体密度

利用浮力测量物体密度

第一部分典例分析

利用浮力知识测定物质密度，其基本原理仍是密度公式p =m/V。因此，充分发挥所

给实验器材的作用，利用浮力知识设法直接或间接地测定出待测物体的质量和体积，便是处理问题的切入点。

一、测定固体密度利用浮力知识测定固体密度，首先要有能够对物体产生浮力的液体,此类问题中所

涉及到的液体一般是密度已知的水。

对于固体质量的测定，根据具体情况，一般可用以下两种方法测定：

（1）将固体挂在弹簧测力计下，根据弹簧测力计测得的物重算出其质量；

（2）使固体漂浮在水面，先算出固体所受的浮力，然后利用漂浮条件F浮=6物间接

求得质量。

对于固体体积，根据具体情况，一般也可用以下两种方法测定：

（1）利用量筒（量杯）测出体积；

（2）将弹簧测力计下挂的固体，一次悬放在空气中、另一次浸没于水中，先用弹簧

测力计的两次示数差求得固体所受浮力，然后利用阿基米德原理F浮=p水gV排间接求得

体积。

常见固体类问题有三种情况：

（1）p物〉p水：称重法（如以石块为例）

［器材］：石块和细线，弹簧测力计、水、烧杯（无刻度）

［面临困难］：缺少量筒，体积V 不好测量。

［突破思路］:将石块浸没入水中，测出F浮，由F浮=卩水gv 排= p 水gV石，求出V石。

［简述步骤（参考）］:①用弹簧测力计测出石块在空气中的重力为G

②将石块浸没入水中，测出它对弹簧测力计的拉力F拉。（F浮=G— F拉）

③

⑵p物〉p水：“空心”漂浮法（如以牙膏皮为例）

［器材］：牙膏皮、量筒、水

［面临困难］:缺少天平或弹簧测力计，质量m或重力G无法测出。

［突破思路］:想办法使其做成空心状，使其漂浮在水面上，根据G物=F浮=p*gV排，只要

测出V排即可。

［简述步骤（参考）］:

①将牙膏皮浸没在水中，用排水法测出其体积为V物。

②再将牙膏皮取出做成“空心”状，使其漂浮在水面上，测出它排开水的体积

V 排（F 浮= p水gV排=6物）。

⑶p物＜p水：漂浮法（如以木块为例）

［器材］:量筒、水、木块、细铁丝。

［面临困难］:缺少天平或弹簧测力计，质量m或重力G无法测出。

［突破思路］:同上述第⑵ 种，使其漂浮在水面上，根据G物=F 浮= p水gV排，测出V排即可。

［简述步骤（参考）］:

①在量筒中装入适量的水，用细铁丝将木块压入水中至其浸没，用排水法测出V木。

②让木块自由漂浮在水面上，用量筒测它排开水的体积V排（F浮=p水gV排=G物）。

mi G| Fi Pig^i V|

Pi = — = ----- = ----- = ------ =—A i

③H 4 年甲屮

二、测定液体密度

这类问题中，除了待测密度的液体外，一般还有密度已知的水、及一个能分另假在水及待测液体中的固体。

处理此类问题时，一般是将“被固体排开的那部分待测液体”确定为研究对象，此

研究对象的质量通常由阿基米德原理F浮=G排液间接测得；其体积通常利用这部分体积与

固体浸入液体中的体积相等这一关系得出。

基本思路：不由, 「求解，而用F 浮= p液gV排求

液体的密度测量涉及到浮力时，往往除测量工具外，还会给定其他辅助工具，如水和固体，我们按给定固体的性质可将液体类问题分为两类（以测牛奶密度为例）：

（1）若给定固体为石块等（p物〉p水且p物〉p液）（下沉）：称重法。

［器材］:弹簧测力计、牛奶、水、烧杯（不带刻度）、石块和细线。

［面临困难］:缺少量筒，体积不好测量。

［突破思路］:当物体浸没入水中和待测液中时，有：水中受到浮力： F 浮=p水gV排= p 水gV 物。待测液体中受到的浮力：F'浮=卩液§2排=卩液gV物，

［简述步骤（参考）］（大概）：

①用称重法测出石块浸没在水中所受浮力F浮=p水gV物。

②用称重法测出石块浸没在牛奶中所受浮力F'浮=卩牛奶gV物。

⑵若给定固体为木块等（p物＜p水，p物＜p液）（漂浮）：漂浮法。

［器材］:量筒、水、牛奶、木块。

［面临困难］:缺少天平或弹簧测力计，质量m或重力G不好测。

［突破思路］:由于木块放入水中或牛奶中都会漂浮，浮力都等于重力，受密度计原理启发，将木块当成一支密度计来使用。

［简述步骤（参考）］:

①将木块放入水中，使其漂浮，测出排开水的体积V排。

②再将木块放入牛奶中，使其漂浮，用量筒测出排开牛奶体积V排。

③由于浮力都等于木块重力，F水浮=F 牛奶浮,p水gV排=p牛奶gv'排,

第二部分巩固练习

1. 叶子姐姐有一只举玉手镯，她想知道手镯的密度。现在给你一个水槽和足量的水、细线、刻度尺、一

个正方体衣块。

（1）推导出测玉手镯密度的数学表达式；

⑵说明测量步骤。（配图说明）

2. 某校地质小组的同学们，需测量一种矿石的密度。现有器材：小矿石块、天平码）、一个

烧杯、足量的水、细线。请你利用上述器材帮助他们设计出两种测量该矿石密度的实验方案。

（1）写出其中一种方案的实验步骤及矿石密度的表达式（用测量量和已知量表示（2）简述另一种方案的步骤;（含砝

(3) 对两种方案的可操作性或误差进行简单评估，写出一条即可。

3. 暑假时爸爸给小娜带回来一个椰子，小娜感觉椰汁十分可口，她想这椰汁与她所喝的饮料椰汁密度

是否相同呢？于是，她找来了两个量筒、足够的水、盆、剪刀、一个空的椰汁饮料盒和记号笔，测出了椰汁的密度。实验过程如下，请你帮她补充完整。

①用剪刀将饮料盒的上端剪开，装入适量的椰汁，放入水盆中使其竖直漂浮，并用记号笔在盒上

作融水丽位置的标记。

②将盒中的椰汁全部倒人量筒，测出其体积为V i。

③向盒中装水，放入水盆中使其竖直漂浮，调节盒中水的质量直到盆中水面

⑤椰汁密度的表达式为：P 椰汁= _________________ (用物理量的符号表示)。

4. 小阳与实践小组成员利用假期到水库清理水面垃圾，发现水面有一形状不规则且不吸水的小固

体漂浮物，为研究该物体密度，小组同学找来了弹簧测力计、滑轮、塑料吸盘、细线等器材，进行了如下实验

(1) 如图甲所示，擦干该物体，静止时读出弹簧测力计的示数为F i,

(2) 如图乙所示，小阳还应____________ ，再读出弹簧测力计的示数为F2,

(3) 则该物体的密度p =_______________ 。(已知水的密度为p水，忽略绳重与摩擦)

(4) 为确保实验成功，请你提出一条合理的建议：

5. 小刚同学想测出一个实心塑料球的密度，假是发现

塑料球放在水中会漂浮在水面上,

A. 用天平测量塑料球的质量，天平平衡时如图a所示。记录塑料球质量为m;

B. 把适量的水倒进餐筒中如图b所示，记录此时水的体积为V i；

C. 用细线在塑料球下吊一个小铁块放入水中，静止时如图c所示，记录此时量筒的

示数为

D. 把小铁块单独放入水中静止时如图d所示，记录此时量筒的为V3

E. 利用密度公式计算出结果。

无法测出它的体积。小刚设计了以下实验步骤: