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 F 1 。

②在量筒中倒入适量的水，记下液面示数 V 1 。

③把金属块浸没在水中，记下测力计的示数 F 2 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 =F 1 -F 2 ） 。

⑤计算出物体排开液体的体积（ V 2 -V 1 ），再通过 G 水 =ρ （ V 2 -V 1 ） 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 G 1 （图 丙 ） ；

④ 将小桶中的水倒出，测 岀 小桶所受的重力 G 2 （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 ； G 1 -G 2 ；

(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 =G 1 -G 2 。

(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。