苏科版九年级上册物理 第十一章 简单机械和功单元测试与练习word解析版.docx
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苏科版九年级上册物理第十一章简单机械和功单元测试与练习word解析版
苏科版九年级上册物理第十一章简单机械和功单元测试与练习(word解析版)
一、初三物理第十一章简单机械和功易错压轴题提优(难)
1.小军利用如图所示器材测定滑轮组的机械效率,他记录的实验数据如下表。
次数
物重G/N
绳自由端的拉力F/N
钩码上升的高度h/cm
绳自由端移动的距离s/cm
机械效率η/%
1
1.0
0.5
10
30
2
2.0
0.9
5
15
74.1
(1)根据记录表格中提供的信息,组装图中小军使用的滑轮组______;
(2)根据给出的实验数据,计算出第一次的机械效率并填入表格中______;(结果保留三位有效数字)
(3)同一个滑轮组,在两次实验过程中机械效率不同,主要原因是______。
【答案】
66.7两次提升的物重不同
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]当钩码上升的高度为10cm时,绳自由端移动的距离为30cm,则绳子承担重物的段数
绳子的段数是奇数,从动滑轮开始绕起,如图所示
(2)[2]第一次的机械效率
(3)[3]实验中两次测得的机械效率使用的是同一个滑轮组,即绳重、摩擦、滑轮重是相同的,所以导致机械效率不同主要原因是两次提升的物重不同。
2.某同学在河边玩耍时捡到一块石头:
(1)将木杆的中点O悬挂于线的下端,使杆在水平位置平衡,这样做的好处是可以消除_____对杆平衡的影响;
(2)将左端A与弹簧测力计相连,用细线把石头挂于OA的中点C,弹簧测力计竖直向上提起A端,使杆保持水平,测力计示数如图所示,则拉力大小为_____N;将石头浸没于装有水的玻璃杯中且不与杯子接触,保持杆水平,记下弹簧测力计此时示数为2.7N;
(3)通过计算,浸没后石头受到的浮力大小为_____N,石头的密度为_____kg/m3(已知ρ水=1.0×103kg/m3);
(4)若上述
(2)步骤中,只是杆未保持水平,则测量结果_____(填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
【答案】杠杆自重4.232.8×103不变
【解析】
【分析】
本题考查固体密度的测量。
【详解】
(1)[1]将木杆的中点O悬挂于线的下端,使杆在水平位置平衡,这样做的好处是可以消除杠杆自重对杆平衡的影响。
(2)[2]如图弹簧测力计的分度值是0.2N,所以拉力大小为4.2N。
(3)[3]根据杠杆的平衡条件以及C是OA的中点,可得
解得
G=F1=2F2=2×4.2N=8.4N
而石头的质量
石头浸没于装有水的玻璃杯中且不与杯子接触,保持杠杆水平,弹簧测力计此时示数为2.7N,再次根据杠杆的平衡条件计算出此时石头对C点的拉力为5.4N,则浸没后石头受到的浮力大小
F浮=G﹣F=8.4N﹣5.4N=3N
[4]又F浮=ρ液gV排,所以
所以石块的密度
(4)[5]若上述
(2)步骤中,只是杠杆未保持水平,虽然力的作用线不在杠杆上,但是两个力的力的作用线的比值是不变的,所以不会影响最终的结果。
【点睛】
关键是将课本知识内容记忆清楚,仔细分析即可。
3.小明在探究杠杆的平衡条件的实验中,以杠杆中点为支点。
(1)小明在杠杆两侧挂上钩码,调节钩码的数量和位置直到杠杆水平平衡,如图甲所示,此时小明将两边钩码同时向远离支点方向移动相同的距离后,杠杆_____(选填“左”或“右”)端下沉;
(2)小明在得出杠杆平衡条件后,利用杠杆平衡条件解决问题:
①如图乙所示,有一根均匀铁棒BC,其长为L,O点为其重心,其所受重力300N;OA=
,为了不使这根铁棒的B端下沉,所需外力F至少应为_____N;若F的方向不变,微微抬起这根铁棒的B端,所需外力F'至少应为_____N;
②如图丙所示,C物体静止在水平地面上时,对地面的压强为6×105Pa。
现将C物体用细绳挂在轻质杠杆的A端,杠杆的B端悬挂D物体,当杠杆在水平位置平衡时,C物体对地面的压强为2×105Pa,已知:
D物体的质量为2kg,OA:
AB=1:
4。
要使C物体恰好被细绳拉离地面,则可以移动支点O的位置,使O'A:
AB=______。
【答案】左1001501:
7
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]设图甲中的一个钩码重力为G,杠杆一小格的长度为l,据杠杆的平衡条件有
3G⋅2l=2G⋅3l
小明将两边钩码同时远离支点移动nl距离后,杠杆左右两边变成
3G⋅(2l+nl)=(3n+6)Gl,2G⋅(3l+nl)=(2n+6)Gl
而
(3n+6)Gl>(2n+6)Gl
所以杠杆左端下沉。
(2)①[2]据题意知,为了不使铁棒的B端下沉,需用外力来保持平衡,此时铁棒的A为杠杆的支点,阻力臂为OA=
,动力臂为AB=
,据杠杆平衡条件有
G1⋅
=F⋅
所以此时的外力
[3]要将铁棒B端稍微抬起,此时C变成杠杆的支点,则
所以此时的外力
②[4]由题意知,D物体的重力
G2=mg=2kg×10N/kg=20N
挂上D物体,杠杆在水平位置平衡时,设绳子对A端的拉力为F1,则有
F1⋅OA=G2⋅OB
即
悬挂D物体前后,C物体对地面压强变化
∆p=p1-p2=6×105Pa-2×105Pa=4×105Pa
那么C物体与地面的接触面积
则C物体的重力
G3=FC=p1S=6×105Pa×2×10-4m2=120N
要使C物体恰好被拉离地面,则A端受到的拉力
F2=G3=120N
那么
G3⋅O'A=G2⋅O'B
即
120N⋅O'A=20N⋅O'B
所以
O'A:
O'B=1:
6
那么
O'A:
AB=1:
7
4.小刚想粗略地测算自己在单杠上做引体向上运动时的功率,如图所示。
(1)需要的测量工具:
体重计、刻度尺、______。
(2)请帮他设计实验步骤:
______
(3)小刚采用了合适的方法记录数据,请帮他在空格处补上相应的数据。
(取g=10N/kg)
重心上升高度h/m
质量m/kg
拉一次克服重力所做的功W/J
拉上去的次数
时间t/s
功率P/W
0.4
60
______
5
10
______
【答案】秒表使用体重计测量小刚的体重;用刻度尺测量每次引体向上下鄂上升的高度;用秒表测量连续5次引体向上动作需要的时间;计算出小刚做引体向上运动时的功率240120
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]要测量功率需要测量时间,实验器材还需要秒表。
(2)[2]使用体重计测量小刚的体重;用刻度尺测量每次引体向上下鄂上升的高度;用秒表测量连续5次引体向上动作需要的时间;计算出小刚做引体向上运动时的功率。
(3)[3]小刚的体重为
G=mg=60kg×10N/kg=600N
做一次引体向上小刚做功为
W=Gh=600N×0.4m=240J
[4]小刚做的总功为
W总=5W=5×240J=1200J
小刚做引体向上的功率
5.如图所示,是“探究杠杆的平衡条件”的实验装置。
(1)实验前,杠杆右端偏高,应将两端的螺母向________调节,使杠杆在_______位置平衡;
(2)杠杆平衡后,在左侧挂两个钩码,每个钩码重1N,在右端竖直向下拉着弹簧测力计,使杠杆在水平位置重新平衡,如图所示。
此时弹簧测力计的示数F=_____________N(弹簧测力计自重不计);
(3)当弹簧测力计处于图中的虚线位置时,若使杠杆在水平位置平衡且弹簧测力计的示数仍等于F,应将钩码向_________(填“左”或“右”)移动适当的距离;
(4)小华想到若铁架台不是在水平桌面上,而是在略微倾斜的桌面上是否影响实验呢?
经小组分析不在水平桌面上_______(填“影响”或“不影响”)实验过程。
【答案】右水平3右不影响
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1][2]实验前杠杆右端偏高,应将两端的平衡螺母右调节,直到杠杆在水平位置平衡,这样在实验操作过程中,才能读出力臂。
(2)[3]设杠杆每一小格的长度为l,据杠杆的平衡条件有
2N⋅3l=F⋅2l
所以此时弹弹簧测力计的示数
F=3N
(3)[4]若使弹簧测力计处于图中虚线处,则弹簧测力计对杠杆的力的力臂变小,而弹簧测力计的示数不变,钩码的重力不变,据杠杆的平衡条件,若想让杠杆在水平位置平衡,须向右适当移动钩码。
(4)[5]铁架台放在略微倾斜的桌面上,不会影响实验过程。
即使铁架台不是水平放置,但依然可调节杠杆在水平位置平衡。
6.在做“探究杠杆的平衡条件”的实验中:
(1)如图甲所示,为使杠杆在______位置平衡,可以将左端的平衡螺母向______调;
(2)调节平衡后,在杠杆两侧挂不同数量的钩码,移动钩码位置,使杠杆在水平位置再次平衡,并记录相关数据。
改变钩码的数量及位置多次实验,小明得出杠杆的平衡条件______。
如图乙所示,A、B两点分别增加一个钩码,则杠杆______(选填“左端下沉”、“右端下沉”或“仍保持平衡”);
(3)如图丙所示,若不在B点挂钩码,改用弹簧测力计在B点向下拉杠杆,弹簧测力计由竖直方向逐渐向左转动,杠杆始终保持水平平衡,则弹簧测力计的示数将逐渐______(选填“增大”或“减小”),原因是弹簧测力计拉力的力臂在______(选填“增大”或“减小”)。
【答案】水平左动力×动力臂=阻力×阻力臂或F1L1=F2L2右端下沉增大减小
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1][2]如图甲所示,杠杆右端下沉,左端上翘,应该将左端的平衡螺母向左调,使杠杆重新在水平位置平衡。
(2)[3]如图乙所示,假设一个钩码重力为G,横杆上一小格为L,调节平衡后,在杠杆两侧挂不同数量的钩码,移动钩码位置,使杠杆在水平位置再次平衡,并记录相关数据。
得到
左边=F2L2=3G×2L=6GL
右边=F1L1=2G×3L=6GL
左边等于右边,改变钩码的数量及位置多次实验,左边依然等于右边,小明据此得出杠杆的平衡条件:
动力×动力臂=阻力×阻力臂或F1L1=F2L2
[4]如图乙所示,A、B两点分别增加一个钩码,则
各自增加一个钩码后,右边大于左边,所以杠杆右端下沉。
(3)[5][6]如图丙所示,A点钩码数量不变,钩码对杠杆施加的拉力方向不变,现在将B点的弹簧测力计由竖直方向逐渐向左转动,则弹簧测力计拉力的力臂减小,为使杠杆始终保持水平平衡,根据杠杆的平衡条件可知,则弹簧测力计拉力增大,即弹簧测力计的示数将逐渐增大。
7.小飞用图甲装置来探究杠杆的平衡条件,设弹簧测力计和钩码对杠杆的拉力分别为动力F1和阻力F2,l1和l2分别表示动力臂和阻力臂.他的实验思路是:
改变F2、l1和l2,测得杠杆平衡时所需的拉力F1,来寻找F1、F2、l1和l2四个物理量之间的关系.已知实验前已调节杠杆在水平位置平衡,弹簧测力计的量程为0~5N,杠杆上每一格长10cm.
实验次数
阻力F2/N
阻力臂l2/cm
动力臂l1/cm
动力F1/N
1
4
33
30
2
4
18
30
2.4
3
4
7.5
30
1.0
(1)为便于测量力臂,弹簧测力计应沿_______方向拉杠杆,并使之在_____位置平衡;
(2)小飞首先保持F2和l1不变而改变l2,所获得的实验数据如表格所示.第1次实验中弹簧测力计示数的放大图如图乙所示,则F1=______N,此时杠杆的类型与______(选填“筷子”或“老虎钳”)相同;
(3)为获得更多组数据,小飞继续进行
(2)中实验,则为能顺利完成实验,在改变阻力臂l2时,l2应不超过______cm;完成上述实验后,小飞接下来还应进行的实验有:
①保持______不变而改变F2;②保持F2和l2不变而改变l1.
【答案】竖直水平4.4筷子37.5l2和l1
【解析】
【分析】
【详解】
第一空、第二空.因为力与力臂垂直,当沿竖直方向拉动弹簧测力计使杠杆位于水平位置平衡时,力臂与杠杆重合,可方便的测量力臂的大小;
第三空.由图像可知,弹簧测力计的分度值为0.1N,示数为4.4N;
第四空.由表格数据知第1次实验中阻力臂长于动力臂,因此是费力杠杆,与筷子相同;
第五空.由杠杆平衡条件
可得:
即l2应不超过37.5cm;
第六空.探究杠杆的平衡条件时要探究F1、F2、l1和l2四个物理量之间的关系,因此还应探究①保持l2和l1不变而改变F2;②保持F2和l2不变而改变l1.
8.在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,某组同学用滑轮安装了如图甲、乙所示的滑轮组,实验测得的数据如下表所示。
实验次数
钩码的重力G/N
钩码被提升的高度h/m
拉力F/N
绳端移动的距离s/m
机械效率η
1
2
0.1
1
0.3
66.7%
2
3
0.1
1.4
0.3
71.4%
3
4
0.1
1.8
0.3
4
2
0.1
1.5
0.2
66.7%
(1)使用图甲的滑轮组实验时,应该要沿____方向匀速拉动弹簧测力计;
(2)第3次实验数据是用图____(选填“甲”“乙”)所示的滑轮组测得的,其机械效率是_____(结果精确到0.1%);
(3)通过分析第1、2、3次实验数据可得出结论:
使用同一滑轮组提升重物时,钩码越重,滑轮组的机械效率越_____(选填“高”“低”),通过分析第____两次实验数据可得出结论:
使用滑轮组提升相同的重物时,滑轮组的机械效率与绳子段数无关;
(4)同组同学发现实验过程中边拉动弹簧测力计边读数,弹簧测力计示数不稳定,该同学认为应该在弹簧测力计静止时读数,你认为他的想法______(选填“合理”“不合理”)。
(5)实验中多次改变提升钩码的重力来测量滑轮组的机械效率,其目的是_____(选填字母序号)
A.减小摩擦力B.多次测量求平均值C.获得多组数据归纳出物理规律
【答案】竖直向上甲
高1、4不合理C
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]使用图甲的滑轮组实验时,应该要沿竖直向上方向匀速拉动弹簧测力计。
(2)[2]从表中数据可以看到,第三次实验时,绳端移动的距离是钩码被提升的高度三倍,那么托着动滑轮的绳子是3条,那么图甲的动滑轮合适。
[3]第三次实验时,其所做的有用功
其所做的总功
其机械效率是
(3)[4]通过分析第1、2、3次实验数据可知,都是使用同一滑轮组,随着钩码重力的增加,机械效率也在变大,可得出结论:
使用同一滑轮组提升重物时,钩码越重,滑轮组的机械效率越高。
[5]滑轮组提升相同的重物,观察表中数据可知,第一次和第四次的重物重力相同,滑轮组的机械效率也相同,再根据绳端移动的距离和钩码被提升的高度关系可知,托着动滑轮的绳子条数不同,可知道通过分析第1和4两次实验数据可得出结论:
使用滑轮组提升相同的重物时,滑轮组的机械效率与绳子段数无关。
(4)[6]在弹簧测力计静止时读出了数据,由于不会克服绳与轮之间摩擦,所以测得的拉力偏小,这个想法是不正确的,没有考虑到摩擦对滑轮组机械效率的影响。
(5)[7]实验中多次改变提升钩码的重力来测量滑轮组的机械效率,其目的是获得多组数据归纳出物理规律。
故选C。
9.在“研究杠杆平衡条件”的实验中:
(1)杠杆两端的平衡螺母的作用是:
调节杠杆在_____位置平衡。
(2)如图甲所示的杠杆已处于平衡状态,若左端所挂重物的重力是1N,则弹簧测力计的示数_____2N。
如果要便于测量力臂,那么弹簧测力计应沿_____方向拉着杠杆。
(3)如乙图所示,在杠杆左端某一固定位置挂一个重力G=10N的物体,在杠杆右端不同位置处施加不同的竖直向下的力F,保证杠杆处于平衡状态。
根据多次测量的F、L数据,画出如图丙所示图线,由图丙可得出杠杆平衡的条件是F与L成_____比,结合杠杆平衡条件,可求出重力G的力臂是_____cm。
【答案】水平大于竖直反5
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]力臂等于支点到力的作用线的距离,当杠杆在水平位置平衡时,力的方向与杠杆垂直,力臂可以从杠杆标尺刻度上直接读出来。
(2)[2][3]根据杠杆的平衡条件
解得
F=2G=2×1N=2N
由图甲可知F的力臂小于2l,故弹簧测力计的示数大于2N;如果要便于测量力臂,那么弹簧测力计应沿竖直方向拉着杠杆。
(3)[4][5]如乙图,F和
成正比,
为定值,所以
为定值,可以推断F—L成反比。
因为
,所以L=0.25m,根据杠杆平衡条件得
所以
所以
10.在认识到杠杆转动跟力、力臂有关后,某实验小组通过实验进一步探究杠杆的平衡条件,以下是他们的部分实验过程:
(1)首先,将杠杆放在水平桌面上,在不挂钩码的情况下,调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在________位置平衡,以方便直接读出力臂;
(2)接下来,他们使杠杆在如图位置静止,多次实验,记录数据如表格所示(每个钩码的重力为1N,杠杆质量、刻度分布均匀);小玲认为杠杆的平衡条件应为
,
;而小军则认为实验还需要进一步改进,你认为小玲总结的杠杆的平衡条件是________(选填“正确的”或“错误的”);
实验序号
1
2
3
2
3
2
3
3
3
3
3
4
3
4
3
(3)如果小军在杠杆的左端A点处再加挂2个钩码(即左端共4个钩码),接下来,他应该将右端的两个钩码向右移动________格,杠杆才会在原位置再次平衡。
【答案】水平错误的3
【解析】
【详解】
(1)[1]将杠杆放在水平桌面上,在不挂钩码的情况下,调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡,以方便直接读出力臂。
(2)[2]小玲总结的杠杆的平衡条件是错误的,因为只改变力的大小,没有改变位置,没有得出普遍规律。
(3)[3]根据杠杆的平衡条件
,可得到
即他应该将右端的两个钩码向右移动3格,杠杆才会在原位置再次平衡。
11.某实验小组利用图中装置探究杠杆机械效率,实验主要步骤如下:
(1)用轻绳悬挂杠杆的一端使其能绕O点转动,O点即为杠杆的_______点,在A点用轻绳悬挂总重为G的钩码,在B点用一个弹簧测力计使杠杆水平,弹簧测力计所给方向为_______向上;
(2)竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升,在此过程中,弹簧测力计的示数为F,利用刻度尺测出A、B两点上升的高度分别为h1和h2.
(3)杠杆机械效率表达式为______________(用所给物理量和符号表示);
(4)若在杠杆的承受范围内,将A点钩码重增加,杠杆的机械效率将会_______(选填“变大”、“变小”或“不变”);
(5)本次实验中,若不更换杠杆,且提升钩码重一定,则影响杠杆机械效率的主要因素是________;
(6)若只将钩码的悬挂点由A移至C,O、B位置不变,仍将原来的钩码提升相同的高度,则杠杆的机械效率将会_______(选填“变大”、“变小”或“不变”);
(7)若某同学用此装置研究“杠杆平衡条件”实验,发现不挂钩码时弹簧测力计仍有示数,这是因为杠杆有_______。
【答案】支竖直
变大摩擦力的大小变大自重
【解析】
【详解】
(1)[1]杠杆绕固定点O点转动,所以O点为杠杆的支点;
[2]当在A点用轻绳悬挂总重为G的钩码,在B点用一个弹簧测力计使杠杆水平,为了保证杠杆能处于水平位置,弹簧测力计最小力的方向应该竖直向上;
(3)[3]杠杆机械效率为:
(4)[4]根据(3)得到的杠杆机械效率表达式可知,在其它条件不变时,增加A点钩码重,有用功增大,机械效率变大;
(5)[5]若不更换杠杆,且提升钩码重一定,即物体做的有用功不变,额外功影响机械效率,额外功是杠杆克服摩擦力和本身自重做的功,所以当提升钩码重一定时,摩擦力的大小是影响杠杆机械效率的主要因素;
(6)[6]杠杆提升钩码时,对钩码做有用功,克服杠杆做额外功,
,
设杠杆重心升高的距离为h1,所以
Gh1+G杠h=Fh2,
G不变,h1不变,G杠不变,钩码从A点到C点,钩码还升高相同的高度,杠杆上升的角度减小,杠杆升高的距离h变小,所以Gh1+G杠h变小,所以Fh2也变小。
根据
,分母变小,分子不变,所以机械效率变大;
(7)[7]探究杠杆的平衡条件实验时,不能忽略杠杆自身的重力,在不挂钩码时,弹簧测力计也会有示数。
12.如图所示,是小王利用刻度均匀的杠杆进行探究“杠杆的平衡条件”。
(1)实验前,将杠杆的中点置于支架上,当杠杆静止时杠杆左端下沉,这时应将平衡螺母向___(左/右)端调节,直到杠杆在水平位置平衡;
(2)如图甲所示,在杠杆A点处挂4个钩码,则在B点处应挂____个同样的钩码,杠杆仍然在水平位置平衡;
(3)如果小王又进行了如图乙所示的探究,发现用弹簧测力计在C点竖直向上拉使杠杆仍然处于水平位置平衡时,F×OC____G×OD;(选填“大于”、“小于”或“等于”)
(4)如图丙是根据“杠杆平衡条件”制作的只需要一个砝码的天平,横梁可绕轴O在竖直平面内转动,左侧为悬挂在固定位置P的置物盘,右侧所用砝码是实验室里常见的钩码,用细线挂在右侧带刻度线的横梁上。
①下面是小明测量物体质量的几个主要步骤,最合理的顺序是(只填序号):
________
A.将天平放在水平台面上时
B.调整横梁右侧的平衡螺母使横梁上悬挂的重垂线对准底座上的标记
C.将悬挂钩码的细线移到右侧横梁的零刻线Q处
D.由细线在横梁上的位置对应的刻度值直接得出物体的质量
E.将待测物体放在天平左侧的置物盘中
F.移动悬挂钩码的细线使横梁上悬挂的重垂线对准底座上的标记
②调节天平至水平位置平衡后,刚把待测物体放在天平左侧的置物盘中时,横梁上悬挂的重垂线将对准底座上标记的________侧(填“左”或“右”)。
【答案】右6大于ACBEFD左
【解析】
【详解】
第一空.杠杆静止时杠杆左端下沉,为使杠杆在水平位置平衡,应向右调节平衡螺母;
第二空.设一个钩码的重力为G,杠杆一小格的长度为L,则由杠杆平衡条件
可得:
即需要在B点处应挂6个同样的钩码;
第三空.由图乙可知支点位置位于杠杆右侧,因此杠杆在水平位置平衡时不能排除杠杆自重的影响,因此F×OC大于G×OD;
第四空.A.将天平放在水平台面上;
C.将悬挂钩码的细线移到右侧横梁的零刻线Q处(相当于游码回零);
B.调整横梁右侧的平衡螺母使横梁上悬挂的重垂线对准底座上的标记(相当于移动平衡螺母使指针指到分度盘的中央位置);
E.将待测物体放在天平左侧的置物盘中(相当于左盘放物体);
F.移动悬挂钩码的细线使横梁上悬挂的重垂线对准底座上的标记(相当于增减砝码或移动游码使天平重新平衡);
D.由细线在横梁上的位置对应的刻度值直接得出物体的质量;
第五空.调节天平至水平位置平衡时,横梁上悬挂的重垂线将对准底座上标记;把待测物体放在天平左侧的置物盘中时,则左盘下降,横梁上悬挂的重垂线将对准底座上标记的左侧。
13.小聪同学在探究影响浮力大小的因素时,做了如下图所示的实验。
(1)小聪对A、B、C、D四个步骤进行了观察研究,发现浮力的大小有时与深度有关,有时与深度无关。
对此正确的解释是:
浮力的大小随着排开水的体积的增大而________
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