流体的李现象.docx
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流体的李现象
一.教学内容:
第十四章浮力和浮力的应用
课程标准要求
1.知识与技能
(1)了解浮力产生的原因。
(2)理解浮力大小等于什么。
(3)知道浮力的应用。
2.过程与方法
通过观察,了解浮力是怎样产生的。
3.情感态度与价值观
(1)初步认识科学技术对社会发展的影响。
(2)初步建立应用科学知识的意识。
重点难点突破
重点1:
阿基米德原理
阿基米德原理:
浸在液体中的物体所受浮力的大小等于被物体排开的 。
即
。
(1)阿基米德原理可用公式
来表示。
其中
表示液体的密度,
表示被物体排开的液体的体积。
(2)使用阿基米德原理计算时应注意以下几点:
①公式:
中,
是液体的密度,而不是物体的密度,
是被物体排开的液体的体积,而不是物体的体积。
即浮力的大小只取决于液体密度和物体排开的液体的体积的大小,与其他因素如物重、物体形状、密度、深度及物体在液体中是否运动等因素无关。
②物体浸入液体里,可以有两种情况,一是全部浸入;二是部分浸入,全部浸入时
;部分浸入时,
。
注意:
阿基米德原理也适用于气体,浸在气体中的物体所受的浮力等于物体所排开的气体所受的重力,即
。
[例1]体积是
的物体放入水中静止时,有
的体积露出水面。
(1)求此时受到的浮力。
(2)若用力向下按物体使物体没入水中,问向下按的力为多大?
(
)
分析:
(1)物体有
的体积露出水面,则
,
根据
(2)当物体全部没入水中时
当物体没入水中静止时,浮力大小等于物体重力与人用力之和即:
,所以
,因为在第一问中,物体浮在液面上,所以
,所以人所用向下的力
。
答案:
(1)6N
(2)4N
重点2:
物体的沉浮条件
在液体中的物体的浮和沉,决定于物体浸没时它所受到浮力和重力的大小,浸没在液体里的物体共受到两个力的作用,一是竖直向下的重力G,一个是竖直向上的浮力
,利用力和运动的关系知识可得出浸没在液体中的物体的浮沉条件是:
当
时,物体就 ,最终呈漂浮状态;当
时,物体就 ,最终呈沉底状态;当
时,物体就可以停留在液体里的任何地方,称为 浮。
由于物体浸没在液体中时,
,而
,
,所以对于实心物体,只要知道
与
的关系,就可判断物体的沉浮情况了,即当
,物体上浮,最终漂浮;当
时,物体悬浮;当
时,物体下沉,最终沉底,因而很容易得出:
铁块浸没在水中,铁块下沉;木块浸没在水中,木块上浮。
根据这个道理,人们往往用改变物体和液体的密度来改变物体的浮沉状态。
如下表所示,“上浮”、“下沉”、“悬浮”、“漂浮”、“沉底”的异同。
注意:
(1)判断物体上浮和下沉,求浮力大小时,物体必须浸没。
(2)物体悬浮是指物体浸没在液体中,只受重力和浮力作用且静止时的状态。
[例2]物体重5N,体积是
,把它放入水中,物体将 (填下沉、上浮、悬浮,
)
分析:
要确定物体上浮下沉,已知物体重力和体积,方法1:
求出物体的密度与水的密度进行比较,方法2:
求物体没入水中受的浮力,比较重力与浮力的大小。
方法1:
物体密度
所以物体上浮。
方法2:
物体没入水中受的浮力
所以物体上浮。
答案:
上浮
难点1:
浮力产生的原因
浸在液体或气体里的物体,下表面所受液体或气体的压强总比上表面 ,相应的下表面所受向上的压力总比上表面受的向下的压力大,上、下表面所受压力 即为浮力,方向向上。
如果物体下表面没有水浸入则物体不受力的作用。
注意:
若浸在液体里的物体下表面不接触水,则物体就不受浮力作用,这时不能用
来计算浮力。
[例3]如图所示,A、B是能自由移动的物体,C、D是容器自身凸起的一部分,现往容器里注入一些水,则下列说法错误的是( )
A.A物体一定受浮力作用
B.B物体一定受浮力作用
C.C物体一定受浮力作用
D.D物体一定受浮力作用
分析:
浮力产生的原因是由于浸在水中的物体,其上、下表面所受的压力不同,存在着压力差。
若下表面紧贴着容器,则柱状物体不受浮力。
答案:
D
难点2:
浮力大小的求法、应用浮力公式灵活解决问题
浮力的大小可通过以下四个公式求出。
(1)
;
(2)
(下表面向上的压力-上表面向下压力);
(3)
(
表示物体浸在液体中 )
(4)
(漂浮或悬浮在液体中的物体)
点拨:
具体到题中使用哪个公式要看已知条件。
[例4]物体的质量是5g,体积为
,把它放入水中,则物体静止时所受浮力为 N。
分析:
要求浮力的大小,先确定物体的状态,根据
所以物体静止时,物体漂浮在水面,则
答案:
思维能力拓展
浮力知识的应用
[例5](05年南宁市中考·课改卷)“曹冲称象”是家喻户晓的典故,某校科技小组模仿这一现象,制作了一把“浮力称”。
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
,高度为
(水的密度
)
求:
(1)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;
(2)此时杯子浸入水中的深度(即为该浮力秤的零刻度位置);
(3)此浮力秤的最大称量(即量程)。
分析:
(1)标子的重量为
,
因为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
(2)设杯子浸入水中时,浸入的深为
,
,所以
(3)当往杯子内放被测物时,若杯子下沉到水面刚好没到杯口(水未进杯内)
此时杯子下沉的深度为
受到的浮力
设能称量的最大值为F。
答案:
(1)2N
(2)
(3)2.5N
评注:
综合运用阿基米德原理和二力平衡的条件来设计“浮力秤”,利用知识,富有创意地解决问题。
跟踪巧练1:
一个软木塞重10N,只有
体积浸没水中时,恰好漂浮在水面上,那么软木塞上最多还能加多重的砝码而不致沉下去?
答案:
解法一:
设木塞重为G,所加砝码为
,则
(2)—
(1)得
解法二:
此题也可以利用浮力变化与所加砝码重相等的关系求解。
木塞原来排开水的体积是总体积的V的
,体积
的重力由题意正好等于10N,如果木塞全部进入水中,排开水的体积要增加3个
V,多排开的水重为
,此排开水重力应与所加砝码重力相等,故木塞上所加砝码最多为30N。
综合探究创新
探究小球在液体中下沉速度与什么因素有关
[例6](05年江苏省中考·课改卷)探究小球在液体中下沉的快慢与小球的哪些因素有关。
在空气中下落的物体会受到空气阻力的作用,因此,我们看到的石子下落要比羽毛快得多,同样,小球在液体中下沉时,除了受到重力和液体的浮力作用外,还会受到液体的阻力作用,因此,不同的小球下沉的快慢也会不同。
如图所示,将能下沉的小球从同种液体的液面处由静止开始下沉,下沉的快慢(用下沉的时间t衡量)跟小球的哪些因素有关呢?
请你提出自己的两个猜想。
示例:
猜想一:
小球下沉的时间可能与小球的体积有关。
现给你提供天平、量筒、秒表、装有食用油的有一定深度的玻璃圆筒和所需的其他器材,要验证猜想一,请你利用提供的表格,设计实验记录表格,要求:
利用三个不同的小球做实验,(仅考虑以上三个猜想的因素)
实验中小球应保持不变的物理量 、 。
分析:
猜想只要合理即可,但必须猜想与小球有关的因素,保持不变的物理量与猜想二、三相同。
答案:
小球下沉时间可能与小球的质量有关、小球下沉的时间可能与小球表面粗糙程度有关等等。
(重力与质量视为同一猜想)
小球体积V/m3
下沉时间t/s
评注:
此题目是用控制变量法来探究“物体在液体中下沉速度大小的决定因素”,此方法在探究物理问题时经常用到,如:
决定压力作用效果与哪些因素有关、决定摩擦力大小的因素等,也是中考命题中常考查的实验方法之一。
跟踪巧练2:
小王为了探究物体在水中不同深度所受浮力的变化情况,如图所示将一挂在弹簧测力计上的圆柱体金属块缓慢浸入水中(水足够深),在圆柱体接触容器底之前,分别记下圆柱体下表面所处的不同深度h和弹簧测力计相应的示数F,实验数据如下表:
次数
1
2
3
4
5
6
7
h/cm
0
2
4
6
8
10
12
F/N
6.75
6.25
5.75
5.25
4.75
4.25
4.25
(1)分析表中实验数据,可以得出物体重 N,第4次实验时,物体受到的浮力为 N。
(2)分析表中第1列到第5列数据,说明 ;
(3)分析表中第6列到第7列数据,说明 ;
(4)图中能正确反映弹簧测力计示数F和圆柱体下表面到水面距离h关系的图是( )
答案:
(1)6.75;1.50
(2)未浸没时,物体浸入越深,受到的浮力越大
(3)物体浸没后,物体受到的浮力与深度无关
(4)B
提示:
(1)物体没有浸入水中,显然不受浮力,这时用弹簧测力计测得的示数即为物体的重量,即当
时,
。
当物体浸入水中,对物体进行受力分析,如图所示,则有
(F表示测力计示数),那么第4次所受到的浮力
。
(2)由上面分析
,而以第1次(h=0)到第5次(h=8cm)可以看到F逐渐变小,则
逐渐变大。
即物体浸入越深,受到的浮力越大。
(3)从表中第6、7列看出测力计示数F不变,结合
分析,可发现
不变,由此可见:
物体完全浸没后,物体受到的浮力与深度无关。
(4)综合上述
(2)(3)分析,比较图像B是正确的。
【模拟试题】
夯实基础典型题
一.选择题
1.以下说法错误的是( )
A.水中升起的气泡,它受到水对它的浮力作用
B.在海滨游泳的人,受到海水对他的浮力作用
C.空中飘着的氢气球受到空气对它的浮力作用
D.投入水中的石块,在其下落过程中不受浮力作用
2.关于物体受到的浮力,下列说法错误的是( )
A.浮在液面上的物体,受到的浮力等于物重
B.物体密度的大小与所受浮力无关
C.浸没在水中的物体,没入水中越深受到的浮力越大
D.物体排开水的体积越大,受到水的浮力就越大
3.关于浸没在液体中的物体受到的浮力的大小,下列说法中正确的是( )
A.随着深度的增加而增大
B.物体的密度越大,浮力也越大
C.液体的密度越大,浮力也越大
D.容器中液体体积越大,浮力也越大
4.潜水艇由海面下10m深处下潜到20m深处的过程中,海水对它的( )
A.压强增大,浮力增大
B.压强增大,浮力不变
C.压强、浮力都不变
D.压强增大,浮力减小
5.将一只新鲜的鸡蛋浸没在盛水的水槽中,欲使鸡蛋离开水槽底部上升,可采取的办法是( )
A.加水 B.加油
C.加酒精 D.加盐
6.(2005·福建省)质量为200g的小球,轻轻放入盛满水的容器中,溢出160g的水,静止后小球将( )
A.沉入水底 B.悬浮水中
C.浮出液面 D.无法确定
二.填空题
7.一正方形物体,边长为10cm,浸没在水中,它的上表面与水面平行,离水面5cm,那么,物体上表面受水的压强为 Pa,受水的压力为 N,方向 ;下表面受水的压强为 Pa,受水的压力为 N,方向 ;压力差为 N,方向 ,此物体受到的浮力为 N。
(取g=10N/kg)
8.把金属块挂在弹簧测力计下,在空气中称金属块重为3N,浸没在某种液体中,弹簧测力计示数为2.2N,则金属块在液体中受到的浮力为 N,这种计算浮力大小的方法叫 法。
9.铁块的体积是
,全部没入水中时,它排开水的体积是
,排开的水重是 N,受到的浮力是 N;当它一半体积没入水中时,它受到的浮力是 N。
三.计算题
10.王强同学在测一三角形金属块密度时,测得金属块的质量为27g,他将此金属块浸没在如图所示的溢水杯中,测得溢出的水的质量是10g,求:
(1)此金属块的密度;
(2)金属块浸没在水中时受到的浮力。
能力提高典型题
一.选择题
1.质量是1.5kg的物体,挂在弹簧测力计下,完全浸入水中,弹簧测力计的示数减少了3.2N,若将该物体放入水中,则( )
A.物体将漂浮在水面上
B.物体将沉到容器底
C.物体悬浮于水中
D.无法判定
2.“死海不死”的故事说的是:
“……将奴隶和俘虏扔进海里,可他们都漂浮在海面上……”。
以下几位同学对此现象的解释,正确的是( )
A.奴隶和俘虏是被水平扔进海里的
B.海水的密度等于人体的密度,人在海里自然漂浮
C.人被扔进海里漂浮在海面上时,浮力总大于其重力
D.人被扔进海里漂浮在海面上时,浮力等于其重力
3.关于浮力说法中不正确的是( )
A.浮力的方向总是竖直向上的
B.悬浮在水中的铁球一定是空心的
C.漂浮在水面上的物体受到的浮力一定大于它的重力
D.投入湖中的石子由水下1m深处沉到6.5m深处所受浮力不变
4.把质量相等、体积不同的两个球,放入液体中静止时,大球漂浮,小球悬浮,若两球所受浮力分别为
、
,则( )
A.
B.
C.
D.条件不足,无法判断
5.把一小球轻轻放入盛满水的杯子里,溢出了50g水,则小球的质量( )
A.一定等于50g B.一定大于50g
C.大于或等于50g D.小于或等于50g
二.填空题
6.弹簧测力计下吊着重力为14.7N的金属块,当金属块浸没在水中时,弹簧测力计的示数为9.8N,则水对金属块的浮力为 N,金属块排开水的体积为
。
7.甲、乙两物体,质量之比是3:
4,密度之比为1:
3,若把它们全部浸没在同样的液体中时,受到的浮力之比为 。
8.(2005·汕头市)一个物体所受的重力为10N,将其全部浸没在水中时,它所排开的水所受的重力为20N,此时它所受的浮力为 N,放手后物体将 (填“上浮”、“下沉”或“悬浮”),物体静止时所受浮力为 N。
9.(2005·梅州市)一艘远洋轮船装上货物后,发现船身下沉了一些,则它受到的浮力
(填“变大”、“变小”或“不变”)。
当船由内河驶入大海后,船受到的浮力 (填“变大”、“变小”或“不变”),船身相对于水面将 (填“上浮”、“下沉”或“不变”)。
三.计算题
10.小莉家中有一金属块,但不知是什么金属,恰逢学校举办科技周,于是她进行了如下实验:
先用细线吊着金属块挂在弹簧秤上,弹簧秤的示数如图a所示,然后把金属块浸没在水中,弹簧秤的示数如图b所示,问:
(1)金属块所受的重力是 N。
(2)小莉同学根据测得的数据,通过计算初步判定这是金属铁,她是根据 来判定的。
(3)利用弹簧秤上的示数,除了能求
(1)中金属块重力外,你还能求出有关金属块的哪些量(至少算出两个,并写出计算过程;g取10N/kg)
拓展探究典型题
1.(2005·宿迁市)将一个鸡蛋轻轻放入烧杯中,然后向水中加盐,使鸡蛋上浮,如图所示。
(1)在图中画出鸡蛋上浮时的受力示意图。
(2)鸡蛋浮出水面后,不会立即停止,还会上升一些,这是什么原因?
答:
2.(2005·泰州市)由阿基米德原理(
)结合相关知识,可以推得
,从而看出物体受到的浮力大小与物体 和液体的 有关。
有些爱思考的同学进一步提出,除上述两个因素外,浮力的大小是否还与别的什么因素有关?
其中,一个比较具体的问题是:
物体所受浮力大小是否与物体的形状有关?
针对这个问题,若提供下列器材由你选择,你将选择哪些器材,怎样进行研究?
供选择的器材有:
弹簧测力计,三个形状不同的小石块、橡皮泥、烧杯、细线和水。
(1)你选择的器材是:
。
(2)你的探究方案(即实验步骤)是 。
(3)你如何根据探究过程中观察到的现象或获得的数据得出结论 。
【试题答案】
夯实基础典型题
1.D
提示:
水中升起的气泡,游泳者,空中飘着的氢气球和投入水中的石块,都受到水或空气的浮力。
2.C
3.C
提示:
根据阿基米德原理,物体所受浮力大小应与液体的密度和物体排开液体的体积有关。
故C项对,余项错误。
4.B 5.D
6.A
提示:
据题意知,小球所受浮力与小球的重力比较,浮力较小,由物体的浮沉条件可知,小球将沉底,故B、C、D错,A对。
7.500;5;竖直向下;
;15;竖直向上;10;竖直向上;10
8.0.8N;称重
9.200;1.96;0.98
10.
(1)
(2)
能力提高典型题
1.B
提示:
质量为1.5kg的物体的重力为15N,完全没入水中所受的浮力为3.2N,若将该物体放入水中,浮力小于重力,故物体下沉,B对,其余项错误。
2.D 3.C
4.C
提示:
大、小球质量相等、重力相等,在液体中一个漂浮,一个悬浮,则浮力都分别等于各自的重力,故C对,A、B、D错误。
5.C
提示:
由阿基米德原理可知,
,
为50g水的重力,小球置于水中后,可能下沉、悬浮或漂浮,当小球下沉时,其重力大于浮力,即小球质量大于50g;当小球悬浮或漂浮时,其重力等于浮力,即小球质量等于50g。
6.4.9;
7.9:
4
8.20;上浮;10
9.变大;不变;上浮
10.
(1)4.7
(2)密度
(3)还可求出:
拓展探究典型题
1.图略;惯性
2.排开液体的体积;密度
(1)弹簧测力计、橡皮泥、烧杯、细线和水
(2)实验步骤:
① 用细线将橡皮泥吊在弹簧测力计上,测出橡皮泥重G;②将橡皮泥浸没水中,记下测力计示数F1;③改变橡皮泥形状,将橡皮泥浸没水中,记下测力计示数F2;④再改变橡皮泥形状,将橡皮泥浸没水中,记下测力计示数F3。
(3)求出橡皮泥各次在水中所受的浮力,若各次所受浮力相等,说明浮力大小与形状无关;若各次所受浮力不等,说明浮力大小与形状有关。
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