第13讲 浮力

第13讲浮力浮力定义定义浸在液体（或气体）中的物体受到液体（或气体）对它________的力，这个力叫做浮力方向_________施力物体______________称重法测浮力先在空气中用弹簧测力计测出______________，再把物体浸在液体中读出弹簧测力计的示数F拉，则物体所受的浮力为F浮=G-F拉产生原因浸在液体中的物体，其上、下表面受到液体对它的压力____________，这就是浮力产生的原因影响因素物体在液体中所受浮力的大小，跟它浸在液体中的________有关，跟液体的________有关说明①浸在液体中的物体不一定都受到浮力.如：桥墩、拦河坝等因其下底面同河床紧密黏合，水对它向上的压力F向上=0，故物体不受浮力作用；②浮力的实质是液体对物体各个表面压力的合力.因此，在分析物体的受力情况时，浮力和液体的压力不能同时考虑. 阿基米德原理探究阿基米德原理探究过程先用弹簧测力计测量出____和____的重力；再测量出物体完全浸没后弹簧测力计的示数；最后再测量出__________分析归纳物体受到的浮力为F浮=__________，排开水所受的重力_______.对比两者的大小，得出实验结论实验结论浸在液体中所受的浮力__________它排开的水所受的重力内容浸在液体中的物体受到的的浮力________，浮力的大小_________它排开的液体所受的重力表达式F浮=________m排g=._______.G排表示排开液体所受的重力；m 排表示排开液体的质量；ρ液表示液体的密度；V排表示排开液体的体积适用 条件适用于物体受到液体或气体的浮力【提示】当物体浸没在液体里，此时V 排=V 物；当物体的一部分浸入液体里，另一部分露在液面上，此时V 排＜V 物.物体的沉浮条件浸在液体中的物体同时受到浮力和重力的作用，物体在液体中的浮与沉取决于浮力与重力的关系.如下： 上浮下沉漂浮悬浮沉底F 浮______G 物 F 浮______G 物 F 浮______G 物 F 浮______G 物 F 浮+F 支=G 物 ρ液 _____ρ物 ρ液 _____ρ物 ρ液 _____ρ物 ρ液 _____ρ物 ρ液 _____ρ物物体处于动态，受到的是非平衡力物体处于静止状态，受平衡力浮力的应用轮船原理物体的密度大于液体的密度，制成________的可以漂浮在液体的表面上，也增大了可以利用的浮力排水量 轮船载重的大小用_______表示，是指轮船按照设计要求满载货物时排开水的________潜水艇 因浸没在水中的潜水艇排开水的体积始终不变，所以，潜水艇受到的浮力_________，潜水艇的上浮和下沉全靠改变_________ 气球和 飞艇靠充入密度_____________空气的气体来工作的 密度计 原理根据物体__________时的受力平衡及阿基米德原理制成，用来测定液体密度的仪器特点浸入液体的体积越小，说明液体的密度越______命题点1 浮力(2015·济南)将一个体育测试用的实心球和一个乒乓球同时没入水中．放手后发现：实心球沉入水底，而乒乓球浮出水面．如图所示，比较实心球和乒乓球没入水中时受到的浮力大小．则( )A．实心球受到的浮力大B．它们受到的浮力一样大C．乒乓球受到的浮力大D．不能确定【点拨】浮力大小与液体的密度和物体排开液体的体积有关，利用控制变量法展开分析即可．1．(2014·安徽)一均匀的长方体浸没在液体中，如图所示．已知它的底面积为S，上表面所处深度为h1，下表面所处深度为h2，则长方体下表面所受到液体的压力表达式为________，浮力表达式为________．(液体密度ρ液和g为已知量)2．(2015·荆门)为了测量一小块矿石的密度，小丽利用一个弹簧测力计、水和一段细线进行了如下实验：(1)将小矿石挂在弹簧测力计下(图甲)，当小石块________时，读出测力计的示数为4.9 N；(2)将矿石________在水中，读出弹簧测力计的示数F(图乙)，则F＝________N；(3)矿石所受的浮力F浮＝________N；(4)矿石的密度ρ＝________g/cm3.命题点2阿基米德原理(2013·安徽)2013年5月，象征“和平、友爱和快乐”的巨大黄鸭在香港与游客见面，图为大黄鸭浮在海面上的情景．它的质量约为600 kg，海水的密度取1.0×103 kg/m3，它浸在水中的体积约为________m3.【点拨】因为大黄鸭浮在海面上，根据漂浮条件，F浮＝G物，再根据阿基米德原理有F浮＝ρ水gV排即可计算V排．3．(2014·株洲)将一空饮料罐压入装满水的烧杯中，其排开的水所受到的重力为4 N，则空饮料罐受到的浮力大小为________N，方向竖直________．4．(2015·北京)某热气球充气后体积为3 000 m3，则该热气球所受的浮力为________N．(g取10N/kg，空气的密度取1.29 kg/m3)5．(2014·潍坊)马来西亚航空公司客机MH370失联后，各国积极参与搜寻工作，澳大利亚海军“海洋之盾”号补给舰在搜寻海域投放了“蓝鳍金枪鱼－21”自主式水下航行器搜寻飞机黑匣子．已知这种水下舰行器的体积约为0.96 m3，海水的密度为1.03×103 kg/m3，g取10 N/kg，当它在4 000 m深处时，求：(1)航行器受到海水压强的大小；(2)航行器受到海水浮力的大小．命题点3物体的浮沉条件(2015·黔西南)一物体重12 N，体积为2 dm3，则物体的密度为________kg/m3，若将此物体投入盛有足量水的容器中，待物体静止时，物体处于________(填“漂浮”“悬浮”或“沉在水底”)状态，物体所受浮力为________N．(g取10 N/kg)【点拨】判断物体在液体中浮沉时，可以比较物体所受的浮力和物体所受重力的大小，也可以比较液体的密度与实心物体密度的大小．6．(2015·盐城)小明探究怎样使物体上浮或下沉，用手将质量为150 g，体积为1.6×10－4 m3的苹果浸没在水中，苹果受到的浮力为________N．松手后苹果将________(填“上浮”“下沉”或“悬浮”)，最后静止时，苹果受到的浮力是________N．(g取10 N/kg)7．(2014·邵阳)酷暑季节，烈日炎炎，很多人下河下塘游泳．一个密度与水相同的实心物体，放入足够多的水中静止时，它将处于________(填“漂浮”或“悬浮”)状态．因为人的密度与水的密度大致相同，所以为了安全，请同学们不要擅自下河下塘游泳．8．(2015·郴州)如图所示，a、b是两种物质质量与体积的关系图像，分别用a、b两种物质制成体积相等的甲、乙两实心物体，浸没在水中．松手稳定后( )A．乙漂浮，乙受到的浮力小B．甲漂浮，甲受到的浮力大C．乙下沉，甲受到的浮力大D．甲下沉，乙受到的浮力大命题点4浮力的应用(2015·滨州)测量液体密度的仪器叫密度计，将其插入被测液体中，待静止后直接读取液面处的刻度值(图甲)．图乙和图丙的容器中是同一个自制的简易密度计，它是在木棒的一端缠绕一些铜丝做成的，将其放入盛有不同液体的两个烧杯中，它会竖直立在液体中，由图中现象可以判断( )A．密度计在乙烧杯液体中受到的浮力较大B．密度计在丙烧杯液体中受到的浮力较大C．乙烧杯中液体的密度较大D．丙烧杯中液体的密度较大用来测量液体密度的仪器——密度计是利用物体漂浮在液面上受力平衡及阿基米德原理制成的．9．(2015·南充)一艘轮船的排水量是50 000吨，当它满载在长江内河航行时，排开水的体积是________m3，一艘潜水艇从长江内河潜行(潜行：指潜水艇浸没)到海洋时，潜水艇受到的浮力________(填“变大”“不变”或“变小”)．(ρ水＝1.0×103 kg/m3，ρ海水＝1.03×103 kg/m3)10．(2015·聊城)潜水艇对保卫我国的南海起着重要的作用．如图所示，潜水艇在水中处于悬浮状态，此时其所受浮力与重力的大小关系为：F浮________(填“＞”“＜”或“＝”)G.当压缩空气将水舱中的水排出一部分时，潜水艇将________(填“上浮”“下沉”或“悬浮”)．11．(2015·烟台)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，船受的浮力________(填“变大”“变小”或“不变”)，船相对于水面将________(填“上浮”“下沉”或“不变”)．命题点1探究浮力的大小与排液重力的关系该实验考查较简单，一般考查称重法求浮力、实验过程及注意事项．如图所示是小新同学验证阿基米德原理的一个实验过程图：(1)如果是你做这个实验，为了减小误差，则图中的操作步骤顺序为________________．(2)图中________两个步骤是为了测量浮力的大小．(3)下面是小新同学实验时设计的表格及填写的实验数据：实验次数物重G/N物体浸没水中测力计示数F/N桶与排出水总重G1/N空桶重G0/N浮力F浮/N排开水重G排/N1 1.2 0.7 1.1 0.6 0.5 0.52 2.0 1.5 1.0 0.6 0.5 0.43 2.4 1.7 0.6 0.7 0.7①请你将该表格第三行数据补充完整．②小新同学在进行数据分析时，发现第二次实验数据与其他两次反映的规律不相符，为了得到结论，他将第二次实验中G1的数据改为1.1 N，G排的数据改为0.5 N．请你对他的做法进行评估：________________________________________；如果是你，对这种情况采用的做法是：____________________．(4)实验过程中需注意的事项(写一条即可)：______________________________________________.命题点2探究影响浮力大小的因素探究浮力的大小跟哪些因素有关的实验，是课程标准规定需要掌握的实验、考查的形式是在题目中提出多个因素如物体的密度、体积、重力，液体的密度、深度，以及物体排开液体的体积等，通过控制变量法进行实验得出结论．在分析过程有时还要应用称重法和阿基米德原理．(2015·南宁)在进行“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中，同学们提出了如下的猜想：A：可能与物体浸没在液体中的深度有关；B：可能与物体的密度有关；C：可能与液体的密度有关；D：可能与物体浸在液体中的体积有关．为了验证上述猜想，小明选用了物块甲和乙(甲和乙的体积相等但密度不同)、弹簧测力计、一杯水、一杯盐水、细绳等器材，做了如图所示的实验．(1)分析比较实验①⑤，可以知道甲浸没在水中时所受到的浮力是________N；(2)分析比较实验①④⑤，可以验证猜想________是错误的；(3)分析比较实验①⑤与②⑥，可以验证猜想________是错误的；(4)分析比较实验________，可以验证猜想D是正确的；(5)分析比较实验________可得：浸在液体中的物体所受浮力的大小与液体的密度有关；(6)综合以上分析，得出最后的实验结论是：浸在液体中的物体所受浮力的大小与________________________________有关；(7)在进行实验⑥⑦过程中，也运用了控制变量法，保持了________________________不变，进行探究、验证．影响浮力大小的因素有多个，故在探究时利用控制变量法，物体在液体中所受的浮力大小通过称重法计算得出．(8)实验时若先将物体放入液体中先测拉力，再测物体重力，则所测的浮力会________(填“偏大”或“偏小”)，原因是：________________________________________________________________________；(9)通过实验数据可知物块甲的密度为________kg/m3.(10)芳芳同学又从课外资料中了解到，庄子曾提出：如果水积得不够多，那么承载大船就没有力量．也就是说浮力的大小与液体的多少有关．庄子的说法有道理吗？她从实验室找来了烧杯、木块(不吸水)、弹簧测力计等器材，研究浮力大小是否和水的多少有关．她先用弹簧测力计测出木块的重力(如图甲)．再将木块放入烧杯内的水中，木块处于漂浮状态(如图乙)．然后____________________________________________(填操作)，发现木块仍然漂浮．经分析可知，木块两次受到的浮力都为________牛．从而得出木块漂浮时浮力大小与水的多少无关．整合集训一、填空题1．(2014·怀化)将一木块轻轻放入一个装满水的烧杯中，当木块静止时，测得溢出的水的重力为0.5 N，则木块受到水的浮力为________N.2．(2014·牡丹江)满载货物的轮船停泊在港口，它受到的浮力________(填“大于”“等于”或“小于”)重力．卸掉货物后，轮船排开水的体积________(填“变大”“不变”或“变小”)．3．某物块用细线系在弹簧测力计下，在空气中时示数是15 N，浸没在水中称时示数是5 N，则此时物块受到水的浮力为________N，物块的密度为________kg/m3.(水的密度为1.0×103 kg/m3)4．(2015·常州)2014年4月，我海军372号潜艇在高密度海水区域内沿水平方向潜航，如图所示．潜艇总质量3.3×103 t，体积为3×103 m3，高密度海水密度为________kg/m3.潜航时，不慎全部驶入密度为1.02×103 kg/m3的低密度海水区域，导致浮力减小了________N，导致潜艇加速下沉，当仪表显示海水压强为4×106 Pa时，潜艇表面1 cm2的面积受到海水压力________N，达到潜艇承受极限．官兵紧急排出水舱内的水，潜艇最终转危为安．(g取10 N/kg)5．(2015·恩施)大家都知道“曹冲称象”的方法，如图所示．我们来分享小曹冲所运用的智慧：(1)用物理知识解释“称象”的原理，前后两次水面正对记号说明：________________________________________________________________________.(2)要推出“象重等于石头重”的结论，必须附上的关键推理依据是：________________________________________________________________________.二、选择题6．(2015·来宾)把体积为2×10－3 m3、重为12 N的物块放入水中，当它静止时所处的状态及受到的浮力大小分别为(g取10 N/kg)( )A．漂浮，F浮＝20 N B．漂浮，F浮＝12 NC．沉底，F浮＝20 N D．沉底，F浮＝12 N7．(2015·凉山)两个物体分别挂在弹簧测力计上，将它们同时浸没到水中，发现两个弹簧测力计的示数不为零，但减小值相同．由此可以判断( )A．两个物体一定处在液体中相同深度B．两物体所受的浮力相同C．在水中时，弹簧测力计示数是相同的D．在空气中，弹簧测力计示数是相同的8．(2015·眉山)一物块轻轻放入盛满煤油的大烧杯中，静止后有160 g煤油溢出；将其轻轻放入盛满水的大烧杯中，静止后有180 g水溢出．已知煤油的密度是0.8×103 kg/m3，则物块在水中静止时的状态及物块的密度分别是( )A．下沉，1.1×103 kg/m3B．漂浮，0.85×103 kg/m3C．悬浮，1.0×103 kg/m3D．漂浮，0.90×103 kg/m39．(2015·长沙)水平桌面上放有甲、乙两个盛水的容器，现把两个形状和体积都相同的物体分别放入两容器中，当物体静止时，两容器中液面刚好相平，如图所示，下列说法正确的是( )A．两物体受到的浮力相等B．两容器底部所受液体压强相等C．两物体的质量相等D．乙容器中物体密度较大10．(2015·德阳)如图所示，将盛有适量水的容器放在水平桌面上，然后把系在弹簧测力计下的铁块慢慢地浸入水中(水未溢出)，观察铁块从刚开始浸入水中到完全浸在水中的实验现象，并对一些物理量做出了如下判断：①铁块受到的浮力变大；②弹簧测力计的示数变小；③桌面受到的压力变大；④水对容器底部的压强变大．其中正确的是( )A．①② B．①②③ C．①②③④ D．①②④三、实验题11．(2015·宜昌)在探究影响浮力大小因素的实验中，同学们提出了下列4种猜想：猜想1：浮力大小与液体密度有关；猜想2：浮力大小与物体浸入液体的体积有关；猜想3：浮力大小与物体的形状有关；猜想4：浮力大小与物体所受的重力有关．(1)如图1所示，小明把一个柱状固体挂在弹簧测力计下，使它浸在液体中的体积逐渐增大，观察到弹簧测力计的读数逐渐减小．此实验说明猜想________是正确的．(2)如图2所示，小明将同一石块分别浸没在水和盐水中，此实验为了验证猜想________．在实验中，观察到石块浸没在盐水中静止时弹簧测力计的示数小，则说明石块在盐水中受到的浮力________(填“大”或“小”)．(3)为了验证猜想3，小明将同一橡皮泥做成不同形状，先后放入水中，发现有的漂浮在水面上，有的下沉．由此得出结论：浮力的大小与物体的形状有关，请指出他的实验方法的错误：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(4)为了验证猜想4，小明将重力相同而体积不同的铁块和铝块浸没在水中，观察到所受的浮力大小不相等，由此得出结论：浮力的大小与物体的重力无关．请指出他的实验方法的错误：________________________________________________________________________________________________________________________________________.四、计算与推导题12．(2015·莆田)在弹簧测力计下悬挂一个小球，示数为4.2 N．当把小球的一半体积浸在水中时．弹簧测力计的示数为1.7 N．已知ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg.问：(1)小球所受的浮力为多大？(2)小球的总体积为多大？(3)把小球从弹簧测力计取下，浸没在水中后放手，请通过计算判断小球为什么不能悬浮在水中．13.如图所示，在研究浮力是如何产生的问题时，设想有一个底面积为S，高为h的长方体物块浸没在水中，由于水对长方体上表面的压力F1和下表面的压力F2不同，从而产生了对物块的浮力．图中长方体物块上下底面积S＝50 cm2，h1＝5 cm，h2＝20 cm.(已知ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg)(1)求长方体底部受到水的压强；(2)长方体受到水的浮力为多大；(3)请利用浮力产生的原因推导出：F浮＝ρ液gV排．第13讲浮力考点解读考点1向上竖直向上液体或气体物体重力G 不同体积密度考点2物体空小桶排开水和小桶的总重G物－F拉G排＝G－G桶等于向上等于G排ρ液V排g考点3＞＜＝＝＞＜＞＝＜考点4空心排水量质量不变自身的重力小于漂浮大各个击破例1 A 例20.6 例30.6×103漂浮12 例4 D题组训练 1.ρ液gh2S ρ液g(h2－h1)S 2.(1)静止(2)浸没 2.9 (3)2.0 (4)2.45 3.4 向上4.3.87×1045.(1)航行器受到海水压强为：p＝ρgh＝1.03×103 kg/m3×10 N/kg×4 000 m＝4.12×107 Pa；(2)航行器受到海水浮力是：F浮＝ρgV排＝1.03×103 kg/m3×10 N/kg×0.96 m3＝9 888 N．6.1.6 上浮 1.57.悬浮8.A9.5×103变大10.＝上浮11.变大不变上浮实验突破例1(1)DABC或ADBC (2)AB (3)①1.3 ②没有实事求是的科学态度，做法不正确分析原因，重新实验拓展训练(4)在放物块之前烧杯中的水一定要到溢口处或先测空烧杯的重力再测排开水和烧杯的总重力例2(1)2.0 (2)A (3)B (4)①③④(5)②⑥⑦(6)物体排开液体的体积和液体的密度(7)物体排开液体的体积拓展训练(8)偏大测重力时物体表面有液体，所测重力比实际偏大(9)1.5×103他向烧杯内再加入一些水或从烧杯内倒出一些水 2.5整合集训1．0.5 2.等于变小 3.10 1.5×103 4.1.1×103 2.4×106400 5.(1)前后两次排开水的体积相同(2)物体漂浮的条件：浮力等于重力 6.B 7.B 8.D 9.B 10.C 11.(1)2 (2)1 大(3)没有控制橡皮泥浸入液体的体积相同(4)没有控制物体浸入液体的体积相同，没有改变重力的大小12.(1)小球受到水的浮力：F浮＝G－F拉＝4.2 N－1.7 N＝2.5 N；(2)由F浮＝ρ水gV排得：小球排开水的体积：V 排＝F 浮ρ水g ＝ 2.5 N 1×103 kg/m 3×10 N/kg＝2.5×10－4 m 3.由于小球的一半体积浸没在水中时， 则物体体积：V ＝2V 排＝2×2.5×10－4 m 3＝5×10－4 m 3；(3)小球浸没在水中所受的浮力： F 浮′＝ρ水gV ＝1×103 kg/m 3×10 N/kg ×5×10－4 m 3＝5 N>4.2 N ， 即F 浮′>G ，所以，小球浸没在水中所受的浮力大于重力，放手后，不能悬浮在水中，会上浮13.(1)p 2＝ρ水gh 2＝1.0×103 kg/m 3×10 N/kg ×0.2 m ＝2×103 Pa ；(2)F 浮＝ρ水gV 排＝1.0×103 kg/m 3×10 N/kg ×50×10－4 m 2×0.15 m ＝7.5 N ；(3)因为浮力的产生原因是：F 浮＝F 2－F 1，F 2＝p 2S ＝ρ液gh 2S ，F 1＝p 1S ＝ρ液gh 1S ， 所以F 浮＝F 2－F 1＝ρ液gh 2S －ρ液gh 1S ＝ρ液g(h 2－h 1)S ＝ρ液ghS ＝ρ液gV 排．。