资源简介

(共42张PPT)
第12讲　浮力
第1课时　浮力与阿基米德原理
考点1　浮力
1.定义：浸在液体（或气体）里的物体受到向上的力，这个力叫做浮力。
2.方向： 　竖直向上　 。
3.产生原因：浸在液体（或气体）中的物体，其上、下表面受到液体（或气体）对它的压力不同，上、下表面存在压力差，即F浮＝ 　F向上－F向下　 （漂浮时，F浮＝F向上）。
4.称重法测浮力：用弹簧测力计分别测出物体在空气中的重力G和浸在液体中时的示数F，则F浮＝ 　G－F　 。
竖直向上　
F向上－F向下　
G－F　
5.影响因素：液体对物体的浮力只与液体的 　密度　 和物体排开液体的 　体积　 有关，与其他因素（如物体的质量、体积、重力、形状、浸没的深度）均无关。
密度　
体积　
易错警示
　　浸在液体中的物体不一定受到浮力的作用。若柱形物体底部与容器紧密接触，F向上＝0，此时不受浮力。如：桥墩、拦河坝等因其下表面不受水的压力，所以不受浮力。
考点2　阿基米德原理
1.内容：浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体所受的 　重力　 。
2.公式：F浮＝ 　G排＝m排g＝ρ液（气）gV排　 。
重力　
G排＝m排g＝ρ液（气）gV排　
【提分小练】
1.用弹簧测力计悬挂重为5.4 N的物体，放入水中，静止时弹簧测力计示数如图所示，则物体在水中受到的浮力为 　2　 N，物体的体积为 　2×10－4　 m3。（ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg）
2.体积为1×10－3 m3的物体浸没在水中时，浮力的方向是 　竖直向上　 的，物体受到的浮力大小为 　10　 N。（ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg）
2　
2×10－4　
竖直向上　
10　
实验1　探究浮力的大小与哪些因素有关
　　【例1】小文利用如图所示的实验装置，进行了如下实验：
　　（1）物体A受到的重力为 　5　 N，物体在乙装置中受到的浮力的方向是 　竖直向上　 的，物体A浸没在水中时受到的浮力是 　4　 N。
5　
竖直
向上　
4　
（2）分析 　甲、乙、丙　 三个图可知，浮力的大小与物体排开液体的体积有关。
（3）分析图甲、丙、丁可知，浮力大小与物体浸没在水中的深度 　无关　 （选填“有关”或“无关”）。
（4）分析 　甲、丙、戊　 三个图可知，浸在液体中的物体所受的浮力大小与液体的密度有关，在物体排开液体的体积一定时，液体的密度越 　大　 ，物体所受的浮力越 　大　 。
甲、乙、丙　
无关　
甲、丙、戊　
大　
大　
【分析与讨论】
（5）小文在实验中主要用到的科学探究方法是 　控制变量　 法。
（6）如果在实验中不小心使物体A碰到容器底，且与容器底有力的作用，则测出的浮力将 　偏大　 （选填“偏大”或“偏小”）。
（7）物体A的体积是 　4×10－4　 m3。物体A的密度是 　1.25×103　 kg/m3。（g取10 N/kg）
（8）由图示实验数据得出盐水的密度是 　1.1×103　 kg/m3。
控制变量　
偏大　
4×10－4　
1.25×103　
1.1×103　
【交流与反思】
（9）对比甲、乙、戊三个图，能不能验证物体所受浮力可能与液体的密度有关？请判断（如果不能，请写出理由）： 　不能，物体A浸在水和盐水中的体积不　 。
不能，物体A浸在水和盐水中的体积不同
（10）下列选项是小文同学绘制的从物体A下表面接触水面到物体A完全浸入水中
的过程中，弹簧测力计的示数F随物体A下表面到水面的距离 h变化的关系
图象，其中正确的是 　B　 （填字母）。
A
B
C
D
B　
实验2　探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系
　　【例2】某实验小组的小金同学用如图1所示的实验装置“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”。
【设计与进行实验】
（1）为了使测量结果更准确，需要对弹簧测力计进行调零，该实验中弹簧测力计应在 　竖直　 （选填“竖直”或“水平”）方向调零。
竖直　
　　（2）按图中甲、乙、丙、丁的顺序进行实验，会导致测量的 　排开水的重力　 （选填“浮力”或“排开水的重力”）不准确，其测量结果偏 　小　 。
图1
排开水的重力
小　
（3）为了使实验结果准确，最合理的操作步骤应该是 　丁、甲、乙、丙　 （用图1中的甲、乙、丙、丁表示），实际操作过程中，还需要注意的问题有 　溢水杯内水的液面必须到达溢水口（或待测力计示数稳定后再读数）　 （写出一条即可）。
丁、甲、乙、丙　
溢水杯
内水的液面必须到达溢水口（或待测力计示数稳定后再读数）　
（4）小金将实验过程中测量的数据记录在下面的表格中，由于粗心缺少了一些数据，请根据图1将表格补充完整。
物体所受的重力/N 物体在水中时力计的读数/N 浮力/N 小桶和排开水所受的总重力/N 小桶所受的重力/N 排开水所受的重力/N
2 1 　1　 2.2 　1.2　 　1　
（5）分析数据，可得出：浸在液体中的物体所受浮力大小 　等于　 物体排开液体所受重力的大小。
1　
1.2　
1　
等于　
【交流与评估】
（6）小金根据表格中数据关系得出实验结论并准备结束实验，同组的小丽认为实验
还没有结束，理由是 　通过一组数据得出的实验结论具有偶然性　 ，接下来，
为了得到更普遍的结论，下列继续进行的操作中不合理的是 　A　 （填字母）。
A.用原来的方案和器材多次测量求平均值
B.用原来的方案将水换成酒精进行实验
C.用原来的方案将物体换成体积与其不同的其他物体进行实验
通过一组数据得出的实验结论具有偶然性　
A　
【创新设问】
（7）【创新装置】另一位同学利用两个相同的弹簧测力计A和B，饮料瓶和吸管组
成的溢水杯、薄塑料袋（质量忽略不计）对实验进行改进，装置如图2所示。
向下移动水平横杆，使重物缓慢浸入盛满水的溢水杯中，观察到A、B示数的
变化量 　相等　 （选填“相等”或“不相等”）。比较两种实验方案，改进
后的优点是 　BC　 （填字母）。
相等　
BC　
图2
A.测力计A的示数就是物体所受浮力的大小
B.实验器材生活化，测力计固定，示数更稳定
C.能同步观察测力计A、B示数变化
重难点　称量法和原理法求浮力的综合应用
　　【例1】如图，三个相同的柱形容器中盛有体积相同的水或盐水，将重为3.0 N的圆
柱体依次放入这三个容器中。下列说法错误的是（　B　）
B
A.图乙和图甲中圆柱体下表面受到水的压力之差大于0.7 N
B.图丙和图乙中容器底上表面受到的压力之差等于0.1 N
C.图丙中盐水的密度是1.1×103 kg/m3
D.圆柱体的密度是3.0×103 kg/m3
　　【例2】重为5 N的实心物体挂在弹簧测力计下，物体浸没在水中时，弹簧测力计的示数为3 N，此时物体受到的浮力为 　2　 N，物体的密度是 　2.5×103　 kg/m3。（g取10 N/kg）
2　
2.5×103　
【方法指导】
由公式F浮＝G排＝ρ液gV排，由称量法测物体在水中的浮力：F水浮＝G－F水示，则可求出物体体积（浸没时排开水的体积）：V＝V排水＝＝，物体的密度：ρ＝＝＝ρ水；再将物体浸没在盐水中时，F盐水浮＝G－F盐水示，则ρ盐水＝＝＝ρ水。
命题点1　浮力的理解
1.2019年12月17日，中国第一艘国产航空母舰在海南三亚某军港交付海军，这艘航母命名为“中国人民解放军海军山东舰”。山东舰满载排水量约5万吨，可以搭载36架歼－15舰载机。下列分析正确的是（　D　）
A.山东舰满载时受到的浮力为5×107 N
B.舰载机全部飞出后，山东舰受到的浮力不变
C.舰载机在舰上起飞的过程是匀速直线运动
D.山东舰在海上沿直线匀速航行时，受到的阻力与水的推力是平衡力
D
2.一同学在河边游泳后从水的较深处走向越来越浅的岸边，由于岸边都是尖硬的鹅卵石，该同学感觉河底越来越“扎脚”，请利用你学过的物理知识解释这个现象。
答：因为随着河水的变浅，人浸入水中的体积变小，根据阿基米德原理F浮＝ρ液gV排可知，受到的浮力变小，导致地面对人的支持力变大，由于尖硬的鹅卵石与脚底的接触面积小，根据压强公式p＝可知，产生的压强变大，所以会感觉到“扎脚”。
命题点2　浮力的计算
3.（2020·黔东南州节选）浸没在水中的长方体金属块，上、下表面受到水的压力分别为2 N、10 N，该金属块受到的浮力为 　8　 N，金属块的体积为 　8×10－4　 m3。（ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg）
8　
8×10－ 4
（1）不载人时，竹筏漂浮于水面受到的浮力及排开水的体积。
解：（1）竹筏漂浮于水面受到的浮力：F浮＝G竹筏＝nm竹g＝7×8 kg×10 N/kg＝560 N，
根据F浮＝ρ水gV排可得排开水的体积：V排＝＝＝5.6×10－2 m3。
4.我州少数民族喜欢依山傍水而居，善于使用楠竹制作竹筏。若某竹筏用7根完全相同的楠竹制作而成，每根楠竹质量为8 kg，体积为0.1 m3，忽略制作竹筏所用绳子的质量，ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg。求：
解：（2）竹筏的体积浸入水中时，排开水的体积：V排'＝V总＝×7×0.1 m3＝0.35 m3，
此时竹筏受到的浮力：F浮'＝ρ水gV排'＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.35 m3＝3.5×103 N，
不计竹筏的质量，竹筏仍然漂浮，则人的总重力：G总＝F浮'＝3.5×103 N，
所以，该竹筏最多能载的人数：n人＝＝＝7。
（2）为安全起见，竹筏最多能有的体积浸入水中，若乘客质量均为50 kg，不计竹筏的质量，该竹筏最多能载多少人？
命题点3　探究浮力的大小与哪些因素有关
5.（2022·黔西南州）小明与同学一起利用弹簧测力计、玻璃杯、金属块、水、浓盐水等实验器材，探究浮力的大小与哪些因素有关。他们正确地进行了如图1所示的实验操作：
图1
实验次数 液体种类 金属块的重力/N 金属块浸入情况 金属块在液体中时测力计的示数/N 金属块所受浮力/N
1 － 2.7 － － －
2 水 2.7 部分 2.0 0.7
3 水 2.7 全部 1.7 1.0
4 浓盐水 2.7 全部 1.5 　1.2　
（1）根据以上实验，把表中数据填写完整。
1.2　
（2）分析实验②③可得：液体密度相同，金属块排开液体的体积越大，浮力越 　大　 。
（3）分析实验③④可得：金属块排开液体的体积相同，液体密度越大，浮力越 　大　 。
（4）结论：浮力的大小与 　物体排开液体的体积　 和 　液体的密度　 有关。
（5）用这种实验方法，还可以测量 　金属块（或浓盐水）　 的密度。
大　
大　
物体排开液体的体积　
液体的密度　
金属块（或浓盐水）　
（6）小明完成上述实验后，找来合适的玻璃杯，倒入足够深的水，将挂在测力计上的金属块逐渐下降，但不接触容器底。绘制出了实验中测力计的示数F随物体下表面至水面深 h变化的F－h图象（如图2）。分析图象知：当金属块浸没水中后继续下降过程中测力计的示数 　不变　 ，这表明：浸没在水中的物体受到的浮力跟浸没的深度 　无关　 。
图2
不变　
无关　
1.【探究名称】探究浮力大小与物体的形状是否有关。
【问题】某同学探究完浮力大小与液体密度和物体排开液体体积的关系后，还想知道浮力大小是否与物体的形状有关。于是，该同学进行了如下探究。
【证据】该同学用一块橡皮泥（不吸水）、一个弹簧测力计、烧杯、水和细线，按如下步骤进行实验。
巩固训练
①如图a，用弹簧测力计测出橡皮泥的重力为 　4　 N。
a
4　
b
②如图b，将橡皮泥捏成实心长方体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数。
c
③如图c，将同一块橡皮泥捏成实心圆柱体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数。
④如图d，将同一块橡皮泥捏成实心球体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数。
d
【解释】
（1）图b中橡皮泥受到的浮力大小为 　2　 N。
（2）由以上实验可知，浮力大小与物体的形状 　无关　 。
【交流】
（1）本实验在其他因素都相同的前提下，只改变物体的形状来进行探究。在物理学中，这种研究问题的方法称为 　控制变量法　 。
2　
无关　
控制变量法　
b
（2）在第④步实验中，将橡皮泥从图d位置向下移放到图e位置时，深度增加，橡皮泥所受浮力大小 　不变　 （选填“变大”“变小”或“不变”），说明浮力大小与 　深度　 无关。
不变　
深度　
d
e
（3）若用刻度尺和弹性较好的橡皮筋来替代弹簧测力计，能否完成本实验的探究？ 　能　 。
能　
2.在学习“阿基米德原理”时，可用“实验探究”与“理论探究”两种方式进行研究。请你完成下列任务。
【实验探究】
通过图1所示的实验，探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系。由实验可得结论： 　F浮＝G排　 。这就是阿基米德原理。
F浮＝G排　
图1
【理论探究】
第一步：建立模型——选取浸没在液体中的长方体进行研究（如图2）。
第二步：理论推导——利用浮力产生的原因推导阿基米德原理。
请你写出推导过程。提示：推导过程中所用物理量需要设定（可在图2中标出）。
解：设长方体的底面积为S、高为h，液体密度为ρ液，长方体上、下表面所处的深度及受力情况如图2所示。
液体对长方体向上的压力大于液体对它向下的压力，两者之差即为浮力，即F浮＝F2－F1＝ρ液gh2S－ρ液gh1S＝ρ液g（h2－h1）S＝ρ液ghS＝ρ液gV排＝m排g＝G排。　
【原理应用】
水平桌面上有一底面积为S1的柱形平底薄壁容器，内装质量为m的液体。现将一个底面积为S2的金属圆柱体放入液体中，圆柱体静止后直立在容器底且未浸没（与容器底接触但不密合），整个过程液体未溢出。金属圆柱体静止时所受浮力F浮＝ 　　 。
　
3.物理实验室里，同学们正在认真地完成“探究浮力的大小跟排开液体重力的关系”的实验。小明将重5 N的物体浸没水中后，弹簧测力计的示数如图所示。（ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg）
（1）求水对物体浮力大小。
解：（1）由图知，弹簧测力计的分度值为0.2 N，物体浸没在水中静止时测力计的示数F示＝2.6 N，
则水对物体浮力大小：F浮＝G－F示＝5 N－2.6 N＝2.4 N。
（2）求该物体的体积。
解：（2）物体浸没在水中时排开水的体积和自身的体积相等，
由F浮＝ρ水gV排得，该物体的体积：
V＝V排＝＝＝2.4×10－4 m3。　
4.小俊用弹簧测力计吊着质量为1.35 kg的圆柱体，从如图位置缓慢浸入装满水、深度合适的溢水杯中，圆柱体底面积为100 cm2、高为5 cm（ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg）。则圆柱体下降过程中（　C　）
A.浸没前弹簧测力计示数逐渐变大
B.浸没前水对容器底部的压强逐渐变小
C.浸入一半时弹簧测力计的示数为11 N
D.刚浸没时圆柱体底部受到水的压力为8.5 N
C
5.实验课上，老师和同学们测量盐水的密度，他们用弹簧测力计、烧杯、水（密度用ρ水表示）、金属块A、盐水以及不吸水的细线等器材完成了图中实验。
①
②
③
（1）要测量金属块A浸没在水中的浮力，合理的测量顺序是 　①→②　 （选填“①→②”或“②→①”）。
（2）计算金属块A浸没在水中的浮力F＝ 　1.3　 N。
①→②　
1.3　
（3）完成图中各项实验后分析可知：金属块A的浮力大小与 　液体密度　 （选填“液体密度”或“金属密度”）有关。
（4）请推导出盐水的密度表达式ρ盐水＝ 　ρ水　 （用F1、F2、F3、ρ水表示）。
液体密度　
ρ水　
①
②
③
6.小明自制的“温度计”中有密度随温度升高而变小的液体。如图1，当该液体温度为19 ℃时，质量为4×10－3 kg的小球b悬浮，b标记“19 ℃”；另外两个小球分别标记“15 ℃”“23 ℃”，当小球悬浮时，它标记的温度与液体温度相等。图1、图2、图3中小球a、b、c均静止，忽略小球体积变化，g取10 N/kg。
图1
图2
图3
①在图4方框中画出b的受力示意图（用“·”表示b）。
（1）图1中b悬浮。
图1
②求此时b受到的浮力。
解：②b受到的浮力：
F浮＝G＝mg＝4×10－3 kg×10 N/kg＝0.04 N。
③此时液体密度为0.8×103 kg/m3，求b排开液体的体积。
③由F浮＝ρ液gV排得b排开液体的体积：
V排＝＝＝5×10－6 m3。　
（2）图2中b漂浮。
图2
①此时b所受浮力 　等于　 （选填“大于”“等于”或“小于”）图1中b所受浮力。
②此时液体温度 　低于　 （选填“高于”“等于”或“低于”）19 ℃。
③小球c对应标记 　15 ℃ （选填“15 ℃”或“23 ℃”）。
等于　
低于　
15 ℃　
图1
（3）图3中液体温度的范围可能是 　D　 （填字母）。
图3
A.14 ℃以下 B.16～18 ℃
C.20～22 ℃ D.24 ℃以上
D　
（4）液体温度在15～23 ℃范围内，b在液体中静止时所受浮力与液体温度关系的图象可能正确的是（b不接触其他小球） 　C　 （填字母）。
A
B
C
D
C　
7.如图，将重为3 N、底面积为150 cm2装有水的薄壁（不计厚度）柱形溢水杯放置在水平的压力传感器上，此时压力传感器的示数为30 N。用轻质细线悬挂一重20 N、高15 cm、底面积为60 cm2不吸水的圆柱体。初始时圆柱体底部距水面的竖直高度为4 cm，现提住细线缓慢下移，使圆柱体逐渐浸入水中，当圆柱体下降7 cm时，水面达到溢水口。已知ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg，求：
（1）圆柱体未浸入水中时，溢水杯对压力传感器的压强。
解：（1）由题意知，溢水杯和杯中水的总重力：G＝30 N，
则溢水杯对压力传感器的压力：F＝G＝30 N，
溢水杯对压力传感器的压强：p＝＝＝2×103 Pa。
（2）圆柱体未浸入水中时，溢水杯中水的质量。
解：（2）由题意知，溢水杯中水的重力：G'＝30 N－3 N＝27 N，
溢水杯中水的质量：m＝＝＝2.7 kg。
（3）圆柱体刚好浸没时，细线对圆柱体的拉力。
解：（3）圆柱体刚好浸没水中时排开水的体积：V排＝V＝S物h＝60 cm2×15 cm＝900 cm3，
圆柱体受到水的浮力：F浮＝ρ水gV排＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×900×10－6 m3＝9 N，
细线对圆柱体的拉力：F拉＝G物－F浮＝20 N－9 N＝11 N。
（4）圆柱体从初始位置到刚好浸没，水对溢水杯底部压强的变化量。
解：（4）设液面上升h到达溢水口，则V排＝（7 cm－4 cm＋h）×60 cm2＝150 cm2×h，
解得h＝2 cm。
水对溢水杯底部压强的变化量：
Δp＝ρ水gh＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.02 m＝200 Pa。　

展开更多......

收起↑