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陜西省 物理 第九講浮力 1 定義 浸在液體中的物體 受到液體對它向 的力 2 浮力產(chǎn)生的原因 浸在液體中的物體上下表面存在著 浮力的方向是 可以用彈簧測力計(jì)測出物體在液體中所受到的浮力 F浮 G F示數(shù) 3 阿基米德原理 1 內(nèi)容 浸在液體中的物體受到液體 的浮力 浮力的大小等于它排開液體所受的 上 壓力差 豎直向上 向上 重力 2 公式 由公式可知 浮力只與 和 有關(guān) 而與放入液體中的物體的重力 密度 體積 形狀 所處位置和全部浸沒時(shí)的深度均無關(guān) 3 阿基米德原理不僅適用于液體 還適用于 F浮 G排 液gV排 液體密度 排開液體的體積 氣體 提示 阿基米德原理包含兩種狀態(tài) 一是物體全部浸入液體中 即V排 V物 二是物體一部分浸入液體中 即V排 V物 規(guī)則物體 如正方體 長方體 柱體 圓錐等 的底面與容器底緊密接觸時(shí) 物體不受浮力作用 4 物體的浮沉條件物體在液體中處于什么狀態(tài) 主要取決于物體所受的浮力和重力的大小關(guān)系 也可由物體的密度 物體為實(shí)心 和液體的密度的大小關(guān)系來判斷 具體情況如下 若F浮 G物 物 液 則物體上浮 最后漂浮在液面上 若F浮 G物 物 液 則物體懸浮 若F浮 G物 物 液 則物體下沉 最后靜止在容器底部 5 浮力的應(yīng)用 1 輪船 輪船的大小用 表示 它表示輪船 時(shí)排開水的 2 潛水艇 靠 實(shí)現(xiàn)上浮與下沉的 3 氣球 飛艇 靠 實(shí)現(xiàn)上升與下降的 4 密度計(jì) 在任何液體中都處于 狀態(tài) 越靠上示數(shù)越 排水量 滿載 質(zhì)量 改變自身重力 改變浮力 漂浮 小 提示 1 浮力計(jì)算方法 稱量法 F浮 G G示 原因法 F浮 F上 F下 原理法 F浮 G排 液gV排 平衡法 漂浮或懸浮時(shí)F浮 G物 2 漂浮問題 五規(guī)律 1 物體漂浮時(shí) 所受浮力等于它受到的重力 2 同一物體漂浮在不同液體里 所受浮力相同 3 同一物體在不同液體里漂浮 在密度大的液體里浸入的體積小 4 漂浮物體浸入液體體積是它體積的幾分之幾 物體密度就是液體密度的幾分之幾 5 將漂浮物體全部浸入液體里 需加豎直向下的外力等于液體對物體增大的浮力 1 2014 蘭州 如圖所示 將一重力為18N 體積為2 10 3m3的蠟塊用細(xì)線系在彈簧測力計(jì)的掛鉤上 將它浸沒在酒精中 則蠟塊受到的浮力是 N 此時(shí)測力計(jì)的示數(shù)是 N g 10N kg 酒精 0 8 103kg m3 2 2014 聯(lián)考 遼寧號航空母艦滿載時(shí)排水量達(dá)67500t 它滿載時(shí)所受的浮力為 N 當(dāng)艦載機(jī)起飛后 航空母艦所受浮力將 選填 不變 變小 或 變大 g取10N kg 16 2 6 75 108 變小 3 2013 慶陽 如圖所示 將重為5N的木塊放入燒杯中 靜止時(shí)木塊所受的浮力的大小為 N 方向?yàn)?放入木塊后 燒杯底部所受水的壓強(qiáng)與原來相比 選填 變大 變小 或 不變 4 2013 天水 把重5N 密度為0 9 103kg m3的實(shí)心物體投入水中 當(dāng)物體靜止時(shí) 物體處于 選填 漂浮 懸浮 或 沉在水底 狀態(tài) 物體在此時(shí)受到的浮力是 N 豎直向上 5 變大 漂浮 5 5 2015 聯(lián)考 如圖所示是世界上最大的豪華游輪之一 海洋魅力 號 長361米 寬66米 排水量達(dá)22 5噸 滿載時(shí)吃水深度達(dá)30米 可以搭載6320名游客 則滿載時(shí)船底受到的海水壓強(qiáng)約為 Pa 海水 1000kg m3 船受到的浮力約為 N g 10N kg 當(dāng)客人下船后 船受到的浮力將 選填 變大 不變 或 變小 3 105 2 25 109 變小 6 2013 慶陽 一長方體鐵塊按如圖所示 從下表面與液面剛剛接觸時(shí)下放至圖中虛線位置 能大致反映鐵塊下降過程中所受浮力的大小F浮與鐵塊下表面浸入液體深度h深關(guān)系的圖象是 B 7 2015 蘭州 液體沸騰時(shí) 液體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量氣泡 在液體中不斷上升 變大 對于氣泡所受壓強(qiáng)和浮力的變化情況 氣泡未露出液面時(shí) 以下說法中正確的是 A 壓強(qiáng)變小 浮力變小B 壓強(qiáng)不變 浮力不變C 壓強(qiáng)變大 浮力不變D 壓強(qiáng)變小 浮力變大 D 8 2015 蘭州 某同學(xué)想測量某種液體的密度 設(shè)計(jì)了如右圖所示的實(shí)驗(yàn) 已知木塊的重力為1 2N 體積為200cm3 當(dāng)木塊靜止時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)為2N g 10N kg 求 1 木塊受到的浮力是多大 2 液體的密度是多少 3 剪斷細(xì)繩 木塊穩(wěn)定時(shí)處于什么狀態(tài) 所受浮力又是多大 9 2015 慶陽 如圖所示 將質(zhì)量為3kg的木塊 放入盛有水的水槽內(nèi) 如圖所示 待木塊靜止時(shí) 其下表面距水面0 06m g 10N kg 求 1 木塊下表面受到水的壓強(qiáng)是多少 2 木塊受到的浮力大小 解 1 p gh 1 0 103kg m3 10N kg 0 06m 600Pa 2 漂浮的物體F浮 G物 m物g 3 10N kg 30N 例1 用彈簧測力計(jì)懸掛實(shí)心圓柱體 圓柱體的底面剛好與水面接觸 未浸入水中 如圖甲所示 然后將其逐漸浸入水中 圖乙所示是彈簧測力計(jì)示數(shù)隨圓柱體逐漸浸入水中深度的變化情況示意圖 則圓柱體受到的最大浮力是 解析 由圖乙可知彈簧測力計(jì)的示數(shù)先變小后不變 是因?yàn)閳A柱體在浸入水中的過程中 受到水對它的浮力變大 當(dāng)物體完全浸沒時(shí) 它排開水的體積不變 此時(shí)所受到的浮力最大 由測量法可得F浮 2 0N 1 4N 0 6N 答案 0 6N 變式題1 在 阿基米德解開王冠之謎 的故事中 若王冠在空氣中稱時(shí)重5N 浸沒在水中稱時(shí)重4 7N 則這頂王冠浸沒在水中所受的浮力為 N 它排開的水重為 N 0 3 0 3 變式題2 包頭中考 如圖所示 在容器中放一個(gè)上 下底面積均為10cm2 高為5cm 體積為80cm3的均勻?qū)ΨQ石鼓 其下底表面與容器底部完全緊密接觸 石鼓全部浸沒于水中且上表面與水面齊平 則石鼓受到的浮力是 A 0B 0 3NC 0 5ND 0 8N B 例2 2015 丹東 A B是兩個(gè)質(zhì)量完全相同的實(shí)心長方體 輕輕放入水中后 靜止時(shí)如圖所示 則下列說法正確的是 A 兩物體的密度大小關(guān)系是 A BB 兩物體受到水的浮力大小關(guān)系是 F浮A F浮BC 兩物體排開水的體積大小關(guān)系是 V排A V排BD 兩物體下表面受到水的壓強(qiáng)大小關(guān)系是 pA pB 解析 由圖可知 A在水中漂浮 A 水 B在水中懸浮 B 水 所以 A B A錯(cuò)誤 由圖可知 A靜止時(shí)在水中漂浮 F浮A GA B靜止時(shí)在水中懸浮 F浮B GB 而mA mB GA GB 所以F浮A F浮B B錯(cuò)誤 因?yàn)镕浮A F浮B 由F浮 液gV排可知 V排A V排B C正確 由圖可知 B的下表面距離水面的深度hB hA A的下表面距離水面的深度 由p 液gh可知 pB pA D錯(cuò)誤 選C 答案 C 變式題3 株洲中考 南海黃巖島事件后 中國制造航母的呼聲越來越高 如圖是中國航母的設(shè)想圖 一艘航母的艦載機(jī)飛離航母后 則 A 航母將上浮 所受浮力減小B 航母將上浮 所受浮力增大C 航母將下沉 所受浮力增大D 航母將下沉 所受浮力減小 A 變式題4 在一支鉛筆的下端粘上一塊橡皮泥 把它分別置于甲 乙 丙三種不同的液體中 鉛筆靜止時(shí)的情形如圖所示 則鉛筆分別在三種液體中受到浮力F的大小和三種液體密度 之間的關(guān)系正確的是 A F甲 F乙 F丙 甲 乙 丙B F甲 F乙 F丙 甲 乙 丙C F甲 F乙 F丙 甲 乙 丙D F甲 F乙 F丙 甲 乙 丙 C 實(shí)驗(yàn)浮力的大小等于什么1 用稱量法測出物塊在水中受到的浮力 同時(shí)測出物塊排開水的重力 比較二者的數(shù)量關(guān)系 2 若實(shí)驗(yàn)用到溢水杯 注意溢水杯中一定要裝滿水 例3 小明同學(xué)在探究影響浮力大小的因素時(shí) 做了如圖所示的實(shí)驗(yàn) 請你根據(jù)小明的實(shí)驗(yàn)探究回答下列問題 1 在C與E兩圖中 保持了排開液體的體積不變 研究浮力與 的關(guān)系 根據(jù)A與E兩圖所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 可知物體浸沒在鹽水中所受的浮力為 N 2 小明對ABCD四個(gè)步驟進(jìn)行了觀察研究 發(fā)現(xiàn)浮力的大小有時(shí)與深度有關(guān) 有時(shí)與深度又無關(guān) 對此正確的解釋是浮力的大小隨著排開水的體積的增大而 當(dāng)物體浸沒在水中后排開水的體積相同 浮力的大小與深度 3 在小明實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上 根據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 可以計(jì)算出鹽水的密度為 kg m3 解析 1 觀察C與E兩圖可以看出 液體的密度不同 而物體A排開液體的體積相同 彈簧測力計(jì)的示數(shù)不同 因此可以探究浮力與液體密度的關(guān)系 由圖A知物重G 8N 由圖E知浸沒在鹽水中G0 5 6N 則浮力F浮 G G0 8N 5 6N 2 4N 2 觀察B C兩圖發(fā)現(xiàn) 物體浸入水中的深度增大 其實(shí)質(zhì)是物體排開水的體積增大 而彈簧測力計(jì)的示數(shù)減小 說明物體受到的浮力增大 于是得出結(jié)論 浮力的大小隨著物體排開水的體積的增大而增大 觀察C D兩圖發(fā)現(xiàn) 當(dāng)A全部浸入水中時(shí) 深度增加 彈簧測力計(jì)的示數(shù)不變 即所受浮力的大小不變 于是得出結(jié)論 浮力的大小與物體浸沒在液體中的深度無關(guān) 3 利用稱重法 F浮 G G0 可分別求出物體A浸沒在鹽水中和水中的浮力為2 4N和2N 根據(jù)阿基米德原理則有下列兩個(gè)等式成立 鹽水gV排 2 4N 水gV 排 2N 因?yàn)槭峭晃矬w浸沒在鹽水中和水中 所以V排 V 排 由 式得 鹽水 1 2 103kg m3 答案 1 液體密度2 4 2 增大無關(guān) 3 1 2 103 變式題5 為測定某種液體的密度 先用彈簧測力計(jì)測出一個(gè)塑料塊的重量 如圖甲所示 然后將其放入裝有60mL該液體的量筒中 靜止時(shí)液面如圖乙所示 則塑料塊受到的浮力為 N 液體的密度為 kg m3 若想測定塑料塊的密度 還需要測出 請寫出測量該物理量的下一步操作 0 9 0 9 103 塑料塊的體積 用大頭針 或細(xì)絲 將塑料塊全部壓入水中 一 方法技巧三種方法比較浮力大小1 比V排法 即不同物體浸在同一液體中 根據(jù)F浮 G排 液gV排知 液相等 V排越大 受到的浮力越大 2 比 液法 即同體積的不同物體浸沒在不同液體中 根據(jù)F浮 G排 液gV排知 V排相等 液越大 受到的浮力越大 3 比重法 即同一物體浸在不同液體中靜止 針對物體不同狀態(tài)進(jìn)行受力分析 以重力為中間不變量 對比出浮力大小 二 常見易錯(cuò)現(xiàn)象 認(rèn)為一切浸在液體中的物體都受到浮力的作用 沒有深刻理解物體所受上下表面的壓力差而產(chǎn)生的浮力 認(rèn)為物體浸沒液體越深 所受浮力越大 物體浸沒在液體中排開液體體積不變 所受浮力不變 應(yīng)用浮力公式計(jì)算時(shí) 不注意前提條件而出錯(cuò) 如利用F浮 G物求浮力的前提條件是物體在液體中漂浮或懸浮 應(yīng)用物體的浮沉條件解題時(shí)易錯(cuò) a 輪船漂浮所受浮力一定 吃水深度的變化由阿基米德原理分析 b 潛水艇潛入水中排開水的體積一定 所受浮力一定 靠改變自身重力實(shí)現(xiàn)下潛和上浮的 例4 質(zhì)量相等的三個(gè)實(shí)心小球 放入某液體中靜止后處于如圖所示狀態(tài) C球沉底 比較它們物理量的關(guān)系 正確的是 A 浮力關(guān)系 FA FB FCB 浮力關(guān)系 FA FB FCC 重力關(guān)系 GA GB GCD 體積關(guān)系 VA VB VC 解析 由題中條件 質(zhì)量相等的三個(gè)小球 可知GA GB GC 由浮沉條件可知 它們浮力大小關(guān)系是FA FB FC 密度關(guān)系是 A B 水 C 所以它們的體積關(guān)系是VA VB VC 答案 D 例5 如圖所示 遠(yuǎn)征號 潛水艇從長江某基地駛向東海執(zhí)行任務(wù) 該潛水艇設(shè)計(jì)體積約為V m3 自身質(zhì)量為m t 當(dāng)它在東海某位置海面下h m 深度處潛伏時(shí) 已知海水的密度為 kg m3 g取10N kg 不考慮潛水艇體積變化 求 1 它所受到的浮力F浮 2 潛水艇殼體受到海水的壓強(qiáng)p 解析 由阿基米德原理的計(jì)算公式可以求得浮力的大小F浮 海水gV排 10 V N 浮力的大小與物體的質(zhì)量無關(guān) 潛在水中時(shí) 利用液體壓強(qiáng)計(jì)算公式求得其壓強(qiáng)的大小p 海水gh 10 h Pa 答案 1 10 V N 2 10 h Pa