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39浮力
§3.9浮力
中考对应考点:
浮力(学习水平A);阿基米德原理(学习水平B)
课时目标
1、认识浮力产生的原因
2、初步了解,并逐渐熟悉浮力的计算公式和计算方法
3、了解浮力在生产生活上的应用
4、知道阿基米德原理
5、理解物体的浮沉条件
重点难点:
1,研究浮力影响因素的实验;
2,用不同的方法求解浮力的大小。
知识精要
1.一切浸入液体的物体都要受到液体对它的,浮力的方向总是的。
2.浮力产生的原因:
浮力是由于周围液体对物体向上和向下的而产生的,即:
3.计算浮力大小的四种方法:
①浮力等于物体受到液体对它向上和向下的__________。
即:
_______________。
②浮力等于物体的重力减去物体浸在液体中称得的重力。
即:
_______________
③根据阿基米德原理计算。
即:
_______________
④根据物体漂浮在液面或悬浮在液体中的条件________,应用二力平衡的知识求物体受到的浮力。
4.物体的浮沉条件:
前提条件:
物体浸没在液体中,且只受浮力和重力。
物体的浮沉决定于它受到的和的大小。
(1)、物体浸没在液体中时:
①如果F浮﹤G物,物体;②如果F浮﹥G物,物体;③如果F浮=G物,物体。
(2)、漂浮在液面上的物体叫浮体,对于浮体有F浮G物,浮体公式:
(3)、请根据示意图完成下空。
F浮
G
下沉
(4)、说明:
①密度均匀的物体在某液体中,若把物体切成大小不等的两块,则大块、小块都。
②悬浮与漂浮的比较
相同:
F浮=G
不同:
悬浮ρ液=ρ物;V排=V物
漂浮ρ液>ρ物;V排 ③一物体漂浮在密度为ρ的液体中,若露出体积为物体总体积的1/3,则物体密度为2/3ρ 分析: F浮=G则: ρ液V排g=ρ物Vg;ρ物=(V排/V)·ρ液=2/3ρ液 判断物体浮沉(状态)有两种方法: 比较F浮与G或比较ρ液与ρ物。 ④物体吊在测力计上,在空中重力为G,浸在密度为ρ的液体中,示数为F则物体密度为: ρ物=Gρ/(G-F) 冰或冰中含有木块、蜡块、等密度小于水的物体,冰化为水后,冰中含有铁块、石块等密大于水的物体,冰化为水后。 5、阿基米德原理: (1)内容: (2)公式表示: F浮=G排=ρ液V排g从公式中可以看出: 液体对物体的浮力与液体的和物体有关,而与物体的等均无关。 (3)适用条件: 6、漂浮问题“五规律”: (历年中考频率较高) 规律一: 物体漂浮在液体中,所受的浮力等于它受的重力; 规律二: 同一物体漂浮在不同液体里,所受浮力相同; 规律三: 同一物体在不同液体里漂浮,在密度大的液体里浸入的体积小; 规律四: 漂浮物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几,物体密度就是液体密度的几分之几; 规律五: 将漂浮物体全部浸入液体里,需加的竖直向下的外力等于液体对物体增大的浮力。 7、浮力的应用: (1)轮船: 工作原理: 要使密度大于水的材料制成能够漂浮在水面上的物体必须把它做成空心的,使它能够排开更多的水。 排水量: 轮船满载时排开水的质量。 单位t。 由排水量m可计算出: 排开液体的体积 ;排开液体的重力 G排=mg;轮船受到的浮力F浮=mg轮船和货物共重G=mg。 (2)潜水艇: 工作原理: 潜水艇的下潜和上浮是靠改变自身重力来实现的。 (3)密度计: 原理: 利用物体的漂浮条件来进行工作。 刻度: 刻度线从上到下,对应的 (4)气球和飞艇: 气球是利用升空的。 气球里充的是密度小于空气的气体如: 。 为了能定向航行而不随风飘荡,人们把气球发展成为飞艇。 热身练习 1,一名初中生游泳时所受到浮力的大小约为() A.5牛 B.50牛 C.500牛 D.5000牛 2,关于奥运比赛中涉及到的物理知识,下列说法正确的是( ) A、水球浮在水面静止时浮力大于重力 B、足球撞到门柱反弹回来,是力改变了足球的运动状态 C、短跑运动员穿钉鞋是为了减小对地面的压力 D、接力赛中,运动员在交接棒时应尽量保持相对静止 3,关于浮力、浮沉条件,下列说法中正确的是() A.轮船从海里行驶到河里所受浮力减小 B.浸没在液体中的物体所受浮力的大小随深度的增加而增大 C.阿基米德原理只适用于浸在液体中的物体,不适用于气体中的物体 D.医学上将人的血液滴入硫酸铜溶液中,如果血液恰好悬浮,则说明两者密度相同 4,某课外活动小组在探究物体的“浮沉条件”时,将重为100g的物体放入盛满水的盆中,有90g水溢出,则() A.物块会浮在水面上B.物块会悬浮在水中 C.物块会沉入盆底D.不能据此判断出物块的沉浮 5,如图16所示是“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验装置,请根据图示回答问题: (1) 由图 和 可知浸在液体中的物体所受的浮力大小跟浸在液体中的体积有关. (2) 由图 和 可知物体排开相同体积的液体时,浮力大小跟液体的种类有关. (3) 当物体完全浸没在水中时,物体上下表面所受压力的差为 N. 6,图是探究“浮力的大小与哪些因素有关”实验的若干操作,根据此图回答下列问题: (1)若探究浮力大小与物体浸没深度的关系,应选用的操作是_____________(填序号)。 (2)若选用的操作是②④⑥,可探究浮力的大小与_________的关系。 (3)若探究浮力大小与物体排开液体体积的关系,应选用的操作是__________(填序号)。 精解名题 1、一个边长为a的立方体铁块从图(甲)所示的实线位置(此时该立方体的下表面恰与水面齐平)下降至图中的虚线位置,则图(乙)中能正确反映铁块所受水的浮力的大小F和铁块下表面在水中的深度h关系的图像是() 解析: 由于物体在液体中的浮力大小只和液体的密度以及物体浸入液体的体积大小有关,所以在同种液体中,物体的体积越大,物体的浮力就愈大,所以B、C选项错误。 但是当物体完全浸入液体中时,物体排开液体的体积就不再变化,所以物体所受到的浮力也就不再变化,所以D选项错误。 答案: A 2.如图8所示,将一块重为3N,体积为100cm3的石块,用细线系着浸没在装有水的圆柱形容器中,容器中水的深度由10cm上升到12cm.(容器的重力和容器壁的厚度忽略不计,g=10N/kg).求: (1)石块所受浮力; (2)容器中水的重力; (3)细线松动,石块沉到容器底静止后,容器对水平地面的压强. 解析: (1)F浮=ρ液gV排=1×103kg/m3×10N/kg×100×10-6m3=1N (2) V水=Sh=50cm2×10cm=5×102cm3 G水=m水g=ρ水gV水=1×103kg/m3×10N/kg×5×102×10-6m3=5N (3)容器对水平地面的压强在计算时需用公式 ,其中F=G容器+G液体 1.6×103Pa 3.质量相同的两个实心正方体A和B,如图9(甲)所示,将它们放在水平地面上时,它们对地面产生的压强为PA和PB。 当将它们放入水中后分别静止在如图9(乙)所示的位当位置,它们受到水中的浮力为FA和FB,则 (A) A.PA<PB FA=FB B.PA<PB FA>FB C.PA>PB FA=FB D.PA>PB FA<FB 解析: 质量相同的两个实心正方体A和B,所以ρA<ρB;这两个正方体放入液体中时,A是漂浮状态,B是悬浮状态,他们的浮力都等于他们的重力,所以FA=FB=GA=GB.当它们放在水平地面上时,FA=FB,SA>SB,所以PA<PB 。 4,“曹冲称象”是家喻户晓的典故。 某校兴趣小组模仿这一现象,制作了一把“浮力秤”。 将厚底直筒形状的玻璃杯浸入水中,如图所示。 已知玻璃杯的质量为200g,底面积为30cm2,高度为15cm。 (水的密度ρ水=1×103kg/m3) 求: ⑴将杯子开口向上竖直放入水中时(注: 水未进入杯内), 杯子受到的浮力。 ⑵此时杯子浸入水中的深度(即为该浮力秤的零刻度位置)。 ⑶此浮力秤的最大称量(即量程)。 解析: (1)杯子漂浮于水面,受重力、浮力的作用,它们大小相等。 由此可以求出浮力。 (2)由已知的浮力大小,运用阿基米德原理,可以求解此时杯子浸末水中的深度。 (3)此浮力秤处于最大称量时,没入水中的深度为15cm,根据杯子的体积和阿基米德原理,就可以求出此时的浮力,而浮力秤的最大称量则等于最大浮力减去杯子自身的重。 具体求解过程如下: ⑴杯子的重量为G杯 G杯=mg=0.2kg×10N/kg=2N ∵杯子在水中处于漂浮状态,根据二力平衡的条件 杯子受到的浮力F浮=G杯=2N ⑵设杯子浸入水中时,浸入的深度为h,有 F浮=G排=ρgSh ∴h= =(2N)/(103kg/m3×10N/kg×30×10-4m2)= m ⑶当往杯子内放被测物时,若杯子下沉到水面刚好到杯口(水未进杯内) 此时杯子下沉的深度为h′=15×10-2m 受到的浮力F′浮=ρgSh′=103kg/m3×10N/kg×30×10-4m2×15×10-2m=4.5N 设能称量的最大值为F F=F′浮-G杯=4.5N-2N=2.5N 方法小结: 1,确定研究对象,认准要研究的物体。 2,分析物体受力情况画出受力示意图,判断物体在液体中所处的状态 3,选择合适的方法列出等式(一般考虑平衡条件)。 巩固练习 1,如图3所示,在研究浮力大小时,将浮于水面的盆子慢慢向下按,用力越大,盆子浸入水中的部分越多。 根据以上事实,下列猜想最符合研究目的的是() A.用力越大,物体排开水的体积越大 B.液体的密度越大,物体所受浮力越大 C.物体的体积越大,物体所受浮力越大 D.物体排开水越多,物体所受浮力越大 2,把甲、乙两个体积相等的物体放入水中,它们静止时的情况如图所示,下列说法中正确的是( ) A.甲物体受到的浮力等于乙物体受到的浮力 B.甲物体受到的浮力大于乙物体受到的浮力 C.甲物体受到的浮力小于乙物体受到 的浮力 D.无法判断谁受到的浮力大 3,小芳要探究金属圆柱受到水的浮力与浸在水中深度的关系,实验装置如图5所示,将高为9cm的金属圆柱体缓慢浸入水中(水足够深),在金属圆柱体接触容器底之前,记下金属体下表面所处的不同深度h和弹簧测力计相应的拉力示数F,实验数据如下表: 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 h/cm 0 2 4 6 8 10 12 14 F/N 6.75 6.25 5.75 5.25 4.5 4.5 4.5 4.5 (1)第3次实验时,金属圆柱受到的浮力大小为: ______________. (2)据实验数据,分析金属圆柱浸在水中受到的浮力大小与浸入水中深度的关系是_ 4,把体积相同的木块 和铁块放入水中,则 受到浮力大;把质量相同的的木块和铁块放入水中,则 受到浮力大;把质量相同的的木块和铁块放入水银中,则它们受到浮力的关系是 。 (选填“相等”或“不相等”) 5,2012年6月3日我国自主研制的载人潜水器“蛟龙号”由母船向阳红09号大型海洋科考船搭载 ,前往深海进行7000米深潜实验。 向阳红09号的排水量为4500吨,满载航行时它受到的浮力为 N。 在蛟龙号下潜过程中,海水对它们的压强会如何变化? ;当它顺利达到实验下潜深度7000米时受到的压强为 ;此时蛟龙号将面临高 压低温挑战,它在7000米深度时相当于每平方米负重 吨(g=10N/kg、海水的密度近似取ρ=1.0×103kg/m3、不考虑大气压影响)。 6,在弹簧测力计下挂一圆柱体,从盛水的烧杯上方某一高度缓慢下降,圆柱体浸没后继续下降,直到圆柱体底面与烧杯底部接触为止,如图4所示是圆柱体下降过程中弹簧测力计读数F随圆柱体下降高度h变化的图像。 求: (1)分析图像可知,圆柱体重力是______N; (2)圆柱体浸没在水中时,受到的浮力是_____N; (3)圆柱体的体积是___________m3; (4)圆柱体的密度是_____________kg/m3; (5)分析图像BC段,可得结论: 物体浸没液体之前,浸入液体的深度越深,受到的浮力越__________(选填“大”或“小”); (6)分析图像CD段,可得结论: _________________________________________________________。 7.如下图所示,某物理兴趣小组,在测量一个实心小物体的密度时,采用了如下的实验操作: 首先用天平测出物体的质量mo;然后在小烧杯中装入一定量的水,用天平测出烧杯和水的总质量m1;再用细线将物体系好后,用手提着细线使物体浸没在此烧杯的水中(水无溢出且物体不接触烧杯),此时天平平衡时测量值为m2.下列说法正确的是( ) A、物体在水中受到的浮力是m0g B、物体在水中受到的浮力是(m2一ml)g C、物体的密度是 D、物体的密度是 8.如图所示,放在水平桌面上的薄壁圆柱形容器重4N,底面积100cm2,弹簧测力计的挂钩上挂着重为10N的物块,现将物块浸没水中,容器内水面由16cm上升到20cm(g=10N/kg). 求: (1)物块未放入水中时,容器底受到的水的压强; (2)物块的密度; (3)物块受到的浮力; (4)物块浸没水中后,容器对桌面的压强 当堂总结 自我测试 1,下列四个情景中,受到的浮力增大的物体是() A.从深水处走向海岸沙滩的游泳者 B.从长江驶入大海的轮船 C.海面下正在下沉的潜水艇 D.在码头装载货物的轮船 2,小竹将质量为120g的物体放入盛满水的溢水杯中,当物体静止时,溢水杯中溢出了100cm3的水,则物体(g取10N/kg): () A.漂浮在水面上 B.悬浮在水中 C.沉在溢水杯底部 D.受到1.2N的浮力 3,一个很薄的塑料袋中装满水,挂在弹簧秤上,把塑料袋浸没在水中(不计塑料袋自重)则弹簧秤的示数( ) A. 大于塑料袋中的水在空气中的称重 B. 小于塑料袋中的水在空气中的称重 C. 等于塑料袋中的水在空气中的称重 D. 等于零 4,如图1所示,A、B、C三个球受到浮力最小的是( ) A.A球 B.B球 C.C球 D.条件不足,无法判断 5,两个物体分别挂在两个弹簧秤下, 将它们都没于水中, 发现两只弹簧秤的示数减小的数值相同, 那么, 这两个物体必有相同的: ( ) A、密度 B、体积 C、质量 D、重力 6,将重为20N的金属块挂在弹簧测力计下,金属块体积的1/4浸入水中并静止时,弹簧测力计的示数为18N,当金属块全部浸入水中并与杯底接触时,弹簧测力计的示数可能变为( ) A.18N B.16N C.14N D.10N 7,重为10牛的合金块浸没在水中,合金块排开水的体积为5×10-4米3,求: ① 合金块的浮力F浮。 ② 合金块重力与浮力的合力F的大小与方向。 8.小黄验证“浸在液体中的物体受到浮力的大小等于物体排开液体所受到的重力”时,用弹簧测力计、金属块、烧杯、小桶等进行实验,如图(a)、(b)、(c)是其中的三个步骤示意图,还差一个步骤d(图)才能完成,则d是测量的。 设a、b、c、d四个步骤中弹簧测力计的读数依次为F1、F2、F3、F4。 那么,金属块受到的浮力=;被排开液体受到的重力=; 如果关系式成立,就可以得到著名的阿基米德原理。 9,小陶帮爷爷浇菜园,他从井中提水时发现盛满水的桶露出水面越多,提桶的力就越大。 由此他猜想: 浮力大小可能与物体浸入液体的深度有关。 于是他和小明用圆柱体、弹簧测力计、水和刻度尺等器材进行探究,如图21所示,并记录了圆柱体下表面浸入水中深度h时弹簧测力计的示数(如下表所示)。 实验序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 h/m 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 F/N 9.5 8.5 7.5 6.5 5.5 4.5 3.5 3.1 3.1 3.1 1h=0.02m时,圆柱体受到的浮力是牛。 ⑵小陶分析实验序号1至7,得出初步结论是“浮力的大小与物体浸入液体深度成正比”。 小明认为小陶得出的结论不够完整,理由是。 小明还认为实验过程不够完善,理由是。 ⑶小陶选用的圆柱体高度范围是( ) A“13厘米>h>12厘米” B“14厘米>h>13厘米”。 10,杨浦区某学校的初三课外研究性学习小组为了研究漂浮在液体表面上的实心物体浸入液体中的体积与什么因素关系,他们选用不同的实心物体漂浮在不同液体中进行实验。 并把实验数据记录在下面的表格中。 小组 液体密度 (千克/米3) 实验 序号 物体体积 (厘米3) 物体浸入液体体积(厘米3) 物体密度 (千克/米3) 甲 0.8×103 1 200 100 0.4×103 2 400 200 0.4×103 3 600 300 0.4×103 4 200 150 0.6×103 乙 1×103 5 200 120 0.6×103 6 400 240 0.6×103 7 600 360 0.6×103 8 600 240 0.4×103 ①分析比较实验序号1、2、3或5、6、7的数据及相关条件,可得出的初步结论是: 。 ②分析比较实验序号的数据及相关条件,可得出的初步结论是: 体积相同不同密度的实心物体漂浮在同种液体中,物体的密度越大,则物块浸入液体中的体积越多。 ③分析比较实验序号3、8或4、5的数据及相关条件,可得出的初步结论是: 。 ④进一步综合分析表中1、2、3或5、6、7的物体浸入液体中的体积占总体积的比例关系可初步归纳得出: 。 ⑤进一步综合分析表中数据,发现物体浸入液体中的体积与总体积、物块密度、液体密度满足一定的关系式,请你写出表达式。 参考答案: 知识精要 1,向上的浮力;竖直向上 2,F浮=F向上-F向下;压力差 3,①压力差;F浮=F向上-F向下 ②F浮=G物-G浸 ③F浮=G排液=ρ液gv排 ④F浮=G物 4,浮力;重力 (1)下沉;上浮;悬浮 (2)=;ρ液gv排=ρ物gv物 (3)下沉悬浮上浮漂浮 F浮 ρ液<ρ物ρ液=ρ物ρ液>ρ物ρ液>ρ物 (4)①悬浮(或漂浮);悬浮(或漂浮) 液面不变;液面下降 5, (1)浸入液体里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。 (2)密度;排开液体的体积;质量、体积、重力、形状、浸没的深度。 (3)液体(或气体) 7,(3)液体密度越来越大 (4)空气的浮力;氢气、氦气或热空气 热身预习 1,C2,D3,D4,C 5, (1)A;BC (2) A;CD (3)3 6, (1)③⑥; (2)液体密度 (3)①⑤⑥或①⑤③或①⑤ 巩固练习 1,D 2,C 3,1N;在没有完全浸没之前,浮力大小与进入的深度成正比,完全浸没后浮力保持不变 4,铁块;木块;相等 5,4.5×107;变大;7.0×107;7000 6, (1)12 (2)8(3)0.0008(4)1500(5)大(6)全部浸没时,受到的浮力跟物体所处的深度无关 7,B 8,解: (1) (2) (3) (4) 自我测试 1,D;2,C;3,D;4,A;5,B;6,D 7,① F浮=ρ液gV排=1.0×103千克/米3×9.8牛/千克×5×10-4米3 ② F合=G-F浮=10牛-4.9牛=5.1牛 方向竖直向下 8,空(小)桶受到的重力;F1-F2;F3-F4;F1-F2=F3-F4 9, 11。 2物体浸没液体前,物体受到浮力的大小与浸入的深度成正比,当物体浸没后,物体受到的浮力大小与深度无关。 实验中选用的液体种类少,不易得出此结论应选用不同种类的液体进行实验。 3A。 10,①密度相同,体积不同的实心物体漂浮在相同液体中,物体浸入液体中的体积与物体体积成正比。 ②(1、4)或(7、8); ③密度相同,体积相同的实心物体漂浮在不同液体中,液体密度越大,物体浸入液体中的体积越少。 ④相同密度的实心物体漂浮在相同液体的液面上,物体浸入液体中的体积占总体积的比例相同; ⑤V浸/V物=ρ物/ρ浸 创新三维学习法让您全面发展
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