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第十讲　浮力
1.概念:浸在液体中的物体受到 的力。
2.方向: 。
3.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不同,产生一个 的压力差。
公式:F浮=F向上-F向下。
浮力
向上
竖直向上
向上
4.影响因素:跟它浸在液体中的 有关,跟 有关,物体浸在液体中的 越大, 越大,浮力就越大。
5.测量
称重法:在空气中用弹簧测力计测出物体所受的重力G;把物体浸入液体中,读出弹簧测力计的拉力F拉,两次弹簧测力计的示数之差即为浮力。
公式:F浮=G-F拉。
注意: 两点理解浮力
(1)浸在液体或气体中的任何物体(不与底部完全接触),都受到浮力的作用,且浮力的方向是竖直向上。
体积
液体的密度
体积
液体的密度
(2)浸在液体中的物体不一定都受到浮力,当物体底部与容器底完全接触时,物体底部不受液体向上的压力,此时物体不受浮力。
[2023湖南名师原创] [八下,P50] 如图(甲),在弹簧测力计下悬挂一个铝块,读出弹簧测力计的示数,这就是铝块所受的 。如图(乙),把铝块浸没在水中,弹簧测力计的示数将 (选填“变大”“变小”或“不变”),这说明浸没在水中的铝块受到竖直 的浮力,如果铝块继续下沉,它受到的浮力 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
重力
变小
向上
不变
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 .
。
2.公式:F浮=G排=ρ液gV排。
3.适用范围:液体和 。
注意: “浸在”包含的两层含义
(1)物体部分浸入液体中,一部分露出液面,此时 V排(2)物体全部浸入液体中,此时V排=V物。
阿基米德原理
它排开的液
体所受的重力
气体
[八下,P53] 饮料罐按入水中越深,手感觉浮力越 ,排开的水越多,即溢出水的质量越大,说明浮力大小跟排开 所受的 有关。
1.浮沉条件
物体的浮沉条件及其应用
大
液体
重力
上浮 下沉 悬浮 漂浮 沉底
F浮 G F浮 G F浮 G F浮 G F浮+FN G
ρ液 ρ物 ρ液 ρ物 ρ液 ρ物 ρ液 ρ物 ρ液 ρ物
物体的运动状态不断改变,受非平衡力作用 物体可以停留在液面下任何位置处 是上浮的最终状态 是下沉的最终状态
物体处于静止状态,受平衡力作用
>
<
=
=
=
>
<
=
>
<
注意:(1)根据密度来判断物体的浮沉时,要注意物体是否实心,对于空心物体则要利用平均密度来判断。
(2)漂浮与悬浮是一种平衡状态,浮力的大小都等于重力,上浮与下沉是一种非平衡状态。
(3)上浮的最终状态是漂浮,下沉的最终状态是沉底。
2.浮力的应用
(1)轮船:采用“空心”的办法增大浮力。轮船的大小通常用排水量来表示,即 。
(2)潜水艇:在水下时浮力 ,靠 完成上浮和下潜。
(3)热气球:内部气体密度 外部空气密度。
满载货物时排开水的质量
不变
改变自身重力
小于
1.[2023湖南名师原创] [八下,P57] 如图所示,将同一个新鲜的鸡蛋分别浸入盛有水和浓盐水的容器中,浸入后两容器液面深度相同,下列说法正确的是( )
A.鸡蛋浸入水中时浮力大于其重力
B.鸡蛋浸入盐水中时浮力小于其重力
C.此时两容器底部受到液体的压强相等
D.浸入盐水中时鸡蛋受到的浮力大于浸入水中时鸡蛋受到的浮力
D
2.[八下,P59] 如图所示,当潜水艇浸没在水中并下潜时所受的浮力 ;潜水艇是通过改变 来实现上浮和下沉的;当水舱充水,自身重
力增大而 ;当水舱排水,自身重力减小而 。
不变
自身重力
下潜
上浮
下列(甲)(乙)(丙)(丁)四幅图是“验证阿基米德原理”的过程情景,下列步骤正确的是( )
阿基米德原理
B
A.实验中所用的金属块所受的重力为1 N
B.在情景图(乙)中存在的错误是溢水杯未注满水
C.纠正错误后,继续实验,在情景(丙)中,金属块受到的浮力为3 N
D.金属块排开的水所受的重力G排等于2 N
(2021衡阳)甲、乙、丙、丁是四个体积、形状相同而材质不同的小球,把它们放入水中静止后的情况如图所示,则它们在水中所受浮力相等的是( )
A.甲和乙 B.乙和丙 C.丙和丁 D.甲和丁
上题中,甲、乙、丙、丁四个实心小球的质量由大到小的顺序为 .
,四个小球的密度由大到小的顺序是 。
C
m 丁>m 丙
ρ丁>ρ丙>ρ乙>ρ甲
>m 乙>m 甲
比较浮力的大小
(1)根据影响浮力大小的因素
①在液体密度相同时比较排开液体体积的大小;
②在排开液体体积相同时,比较液体密度的大小。
(2)比较F浮与G物的关系得出浮力的大小(液体的密度和排开液体的体积都是变量)。
浮力的计算
将一石块挂在弹簧测力计的挂钩上,弹簧测力计的示数为14 N,当将该石块完全浸入水中时,弹簧测力计的示数为10 N,g取 10 N/kg,水的密度为1.0×103 kg/m3。求:
(1)该石块浸没在水中时受到的浮力。
(2)该石块的体积。
(3)该石块的密度。
如图所示,质量为100 g的木块,静止在盛水的烧杯中,木块所受到的浮力为 N,排开水的体积为 cm3,取g=10 N/ kg。
1
100
求浮力的四种方法
(1)称重法:F浮=G-F。
(2)阿基米德原理法:F浮=G排=ρ液gV排。
(3)利用浮沉条件:漂浮或悬浮时,由二力平衡条件知F浮=G物。
(4)压力差法:F浮=F向上-F向下。
物体的浮沉条件及其应用
成语“沉李浮瓜”的意思是吃在冰水里浸过的李子和瓜,形容夏天消暑的生活。“李子在水里下沉,瓜浮在水面”,从物理学的角度分析,下列判断正确的是( )
A.李子的质量大于瓜的质量
B.李子的体积小于瓜的体积
C.李子受到的重力大于瓜受到的重力
D.李子的密度大于水的密度,水的密度大于瓜的密度
1.用细线将两个半径相同的实心小球A和B连接在一起,放入水中,静止后的状态如图所示,线已绷紧。下列判断正确的是( )
A.F浮A=GA B.F浮A=F浮B C.GA>GB D.ρA>ρ水
D
B
2.如图所示,物理小组利用体积为170 cm3的潜水艇模型(忽略进气、排气管的体积),探究潜水艇在水中如何实现上浮或下沉。下列说法不正确的是(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)( )
A.模型浸没在水中受到的浮力为1.7 N
B.模型浸没后继续下沉的过程中受到的浮力大小不变
C.潜水艇能上浮或下沉是通过改变自重实现的
D.若要让悬浮的模型上浮应使模型中进水
D
实验1 探究浮力的大小跟哪些因素有关
(2022年课标必做实验)
[实验器材]
弹簧测力计、烧杯、不同种类的液体、标准物体。
[实验装置]
[设计与进行实验]
1.实验中用称重法求浮力:F浮= 。
2.控制变量法的应用:
(1)探究浮力与排开液体体积的关系:控制 相同而排开液体的体积不同。
(2)探究浮力与液体密度的关系:控制物体 相等而液体密度不同。
(3)探究浮力的大小与物体浸没深度的关系:控制液体的密度和排开液体的体积相同而 不同,发现浮力的大小与浸没的深度无关。
3.换用不同的物体和液体多次实验的目的:验证结论是否具有普遍性。
G-F
液体密度
排开液体的体积
浸没的深度
[实验结论]
浸在液体中的物体所受浮力的大小,与它排开液体的体积和 .有关;物体排开液体的体积越大,液体的密度越大,物体所受的浮力越 。
例1 为“探究浮力的大小与哪些因素有关”,小高设计了如图所示实验,请依据实验回答。
液体的密度
大
(1)比较b、c两图可知,物体浸在水中的体积越大,受到的浮力 。
(2)比较图 和图d可知,物体所受浮力的大小与液体的密度有关。
(3)比较图 和图 可知,物体所受浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关。
(4)若圆柱形容器的底面积为100 cm2,在图c中,当物体浸没后,水对容器底的压强增加了 Pa。
(5)同组的小明想知道浮力的大小与物体的形状是否有关,于是他找来了一块橡皮泥,把橡皮泥捏成不同形状,先后放入水中,发现有的漂浮在水面上,有的下沉。由此他得出结论:浮力的大小与物体的形状有关。请指出小明实验方法的错误之处: 。
越大
e
c
d
200
没有控制橡皮泥浸入液体的体积相同
(6)由图中的实验数据可知,盐水的密度为 kg/m3。
(7)如果在实验中不小心使图e中的物体接触了容器底且与容器底有力的作用,
此时测量出的盐水密度将 (选填“偏大”“偏小”或“不变”),原因 是 .
.
。
(8)实验中由于握着弹簧测力计的手臂易晃动,导致弹簧测力计示数不稳定,读数困难。请你写出一种改进措施: .
。
1.2×103
偏大
因为容器底对物体有支持力,弹簧测力计示数变小,根据F浮=G-F可知,物体
在盐水中受到的浮力测量值偏大,V排不变,由ρ盐水=
可知,测量出的
盐水密度值将偏大
将盛有适量液体的烧杯放在铁架台上,把弹簧
测力计固定在铁圈上,通过改变铁圈的高度来改变物体浸在液体中的体积
(9)如图是小明所在小组根据记录的实验数据绘制出弹簧测力计示数F与物体下降高度h关系的图象。
①物体浸没前的过程中,弹簧测力计示数逐渐变小,说明浮力逐渐 。据此,小明认为物体受到的浮力随浸入水中深度的增大而增大;而小华则认为浮力随浸入水中的体积增大而增大,根据物体浸没前的图象,你认为下列说法正确的是 。
A.只有小明的观点合理 B.只有小华的观点合理
C.两人的观点都不合理 D.两人的观点都合理
变大
D
②接下来他们继续实验,增大物体浸没在水中的深度,发现弹簧测力计的示数始终不变,据此可得出 的观点不具有普遍性,这个过程中金属块受到的浮力F浮= 。
实验2 探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系
[实验器材]
弹簧测力计、物块、细线、溢水杯、小桶。
[实验装置]
小明
3 N
[设计与进行实验]
1.在空气中用弹簧测力计测出空小桶所受的重力F1,物块所受的重力F2,并做好记录。
2.把溢水杯中装满水,将小桶放到溢水杯出水口下。
3.把物块浸没在溢水杯的水中,读出此时弹簧测力计示数F3。
4.用弹簧测力计称出被物块排开的水和小桶所受的总重力F4。
5.求出物块所受浮力F浮= 与物块排开的水所受的重力G排= ,并加以比较。
6.换用不同液体或物体多次实验是为了 。
F2-F3
F4-F1
得到普遍性的结论
[实验结论]
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,即 。
例2 小红设计了如图1所示的实验来探究“浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”。
F浮=G排
(1)实验的最佳顺序是 。(选填字母代号)
A.(甲)、(乙)、(丙)、(丁)
B.(丁)、(甲)、(乙)、(丙)
C.(乙)、(甲)、(丁)、(丙)
(2)图(乙)中物体受到的浮力是 N。通过实验可得到结论:浸在液体中的物体,受到的浮力大小等于它 。
(3)下列情况会影响结论的是 。(选填字母代号)
A.图(乙)中水面未到达溢水杯的溢水口
B.图(乙)中物体未全部浸入水中
B
1
排开的液体受到的重力
A
(4)小红利用上述实验中的器材和木块,探究“漂浮在液面上的物体所受浮力的大小与物体所受重力的关系”,实验过程中 [选填“(甲)”“(乙)”“(丙)”或“(丁)”]步骤不需要弹簧测力计。通过实验可得出漂浮在液面上的物体所受的浮力大小 (选填“大于”“小于”或“等于”)物体所受的重力大小。
[装置改进]
(5)小张利用身边的器材对小红的实验进行改进:两个相同的弹簧测力计A和B、重物、溢水杯(由饮料瓶和吸管组成)、薄塑料杯(质量忽略不计)等器材,装置如图2所示。实验时小张逐渐向下移动水平横竿,使重物缓慢浸入盛满水的溢水杯中,观察到弹簧测力计A的示数逐渐 ,弹簧测力计B的示数逐渐 ,若弹簧测力计A的示数变化量为ΔFA,弹簧测力计B的示数变化量为ΔFB,则它们的大小关系是ΔFA (选填“>”“=”或“<”)ΔFB。
(乙)
等于
变小
变大
=
(6)针对两种实验方案,小张实验装置的优点是 (填答案标号)。
A.弹簧测力计A的示数就是物体所受浮力的大小
B.实验器材生活化,实验中能同步观察弹簧测力计A、B示数的变化
(习题详解见第276~277页)
物体的浮沉条件及其应用
1.(2022永州)将实心小铅球轻轻放入水中,铅球最终将( )
A.漂浮在水面上 B.悬浮在水中
C.沉在水底 D.以上三种情况都有可能
B
C
2.(2023株洲)取一根木棒,在它的一端缠绕一些铜丝就做成了一个简易密度计。将其分别放入甲、乙两个盛有不同液体的烧杯中,它竖直立在液体中的漂浮情况如图所示。设密度计在甲、乙两个烧杯中所受的浮力分别为F甲和F乙,两个烧杯中液体的密度分别为ρ甲和ρ乙,则( )
A.F甲>F乙 B.F甲ρ乙 D.ρ甲<ρ乙
3.(2023郴州)如图所示,水平桌面上甲、乙两相同的容器装有体积相等的不同液体。将同种材料制成的实心物体A、B分别放入甲、乙两容器中,静止时两容器中的液面保持相平,则( )
A.物体A受到的浮力大于物体B受到的浮力
B.甲容器中液体的密度小于乙容器中液体的密度
C.甲、乙两容器的底部受到液体的压强相等
D.甲容器对桌面的压力小于乙容器对桌面的压力
D
A
4.(2023永州)将同一个鸡蛋先后放入甲、乙两种不同的液体中,如图所示,鸡蛋在甲液体中悬浮,在乙液体中沉底且对容器底有压力,比较甲、乙液体的密度ρ甲、ρ乙和鸡蛋在甲、乙液体中受到的浮力F甲、F乙的大小关系,下列判断正确的是( )
A.ρ甲<ρ乙 B.ρ甲>ρ乙 C.F甲=F乙 D.F甲B
浮力的相关图象
5.(2022娄底)如图(甲)所示,一个棱长为 10 cm、重为9 N的正方体物块M,水平放置在一个方形容器中,M与容器底部不密合。以恒定水流向容器内注水,容器中水的深度h随时间t的变化关系如图(乙)所示,当t=100 s时,物块M在水中处于 (选填“沉底”“悬浮”或“漂浮”)状态,图(乙)中a的值为 cm(g取10 N/kg)。
漂浮
9
探究影响浮力大小的因素
6.(2023常德)小霞同学按照如图(甲)所示的操作,探究影响浮力大小的因素。
(1)物体全部浸入水中时,受到的浮力是 N。
(2)观察A、B、C(或A、B、D)三幅图,可得出物体受到的浮力大小与 .
有关。
1
排开
液体的体积
(3)由A、D、E三图可得出结论:物体受到的浮力大小与 有关。
(4)小明还想用图(乙)所示装置验证阿基米德原理:
①将装满水的溢水杯放在升降台上,用升降台来调节溢水杯的高度。当逐渐调高升降台时,小明发现随着重物浸入水中的体积变大,弹簧测力计甲的示数变小,此时弹簧测力计乙的示数会 (选填“变大”“变小”或“不变”),若它们的变化量相等,则证明F浮=G排;
②在图(乙)中,已知重物是底面积为100 cm2,高为8 cm,重为10 N的实心长方体,从重物刚接触水面开始,将升降台缓慢上升6 cm,则重物最终浸入的深度为 cm(弹簧测力计每1 N的刻度线间距为0.5 cm)。
液体的密度
变大
4
浮力的相关计算
7.(2021衡阳)如图所示是某载人潜水器,它可以在4 500 m的水下连续工作。若海水密度约为 1.0×103 kg/m3,潜水器悬浮在海水中时的总质量为18 t。下列说法正确的是( )
A.潜水器在海面上漂浮时浮力大于重力
B.潜水器上浮和下潜是靠改变浮力大小实现的
C.潜水器悬浮在海水中时,所受浮力为 1.8×105 N
D.潜水器在海面下4 500 m处作业时,受到的海水压强为4.5×106 Pa
C
8.(2023郴州)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 N,物体的密度是 .
kg/m3。(g取 10 N/kg)
2
2.5×103
9.(2023怀化)物理实验室里,同学们正在认真完成“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”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)求水对物体浮力的大小。
(2)求该物体的体积。

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