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(共57张PPT)
第八讲　浮力
1.通过实验,认识浮力。
2.探究并了解浮力大小与什么因素有关。
3.知道阿基米德原理,能运用物体的浮沉条件说明生产生活中的有关现象。
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1.[八下,P57,图8-2-3]体积相同的铝球、铁块和木块,浸在液体中的情况如图所示,比较它们受到的浮力,则( )
A.铝球受到的浮力最大
B.铝球受到的浮力最小
C.铁块受到的浮力最大
D.它们受到的浮力一样大
D
2.[八下,P60,图8-3-5]如图所示,2022年6月17日,我国第三艘航空母舰“福建舰”正式下水,这是我国完全自主设计的首艘弹射型航空母舰。其满载排水量达8万余吨,满载是指舰载机全部上舰、各种给养全部带齐。下列有关说法正确的是( )
A.满载时受到的浮力大于自身重力
B.满载和不满载时,受到的浮力大小都相同
C.满载时比不满载时,舰底部受到海水的压强大
D.满载时比不满载时,吃水深度(海面到舰底的距离)小
C
[典例1]关于浮力,下列说法错误的是( )
A.深入河底的柱形桥墩,不受浮力作用
B.浸在液体中的物体受到的浮力就是下表面受到的液体压力
C.浮力的方向与重力方向相反
D.在液体中上升的物体受到浮力,下沉的物体也受到浮力
浮力产生的原因
B
[变式训练]
1.如图所示,A、B是可自由移动的物体,C、D是容器自身凸起的一部分,现往容器里注入一些水,则一定不受浮力的是( )
A.A B.B C.C D.D
C
[典例2]2022年5月11日,“探索二号”科考船搭载着深海载人潜水器“深海勇士”号返航,圆满完成2022年度深海原位科学实验站第一航段任务——深海原位实验室在南海冷泉区的海试任务。在潜水器“深海勇士”号浮出水面的过程中( )
A.浮力不变,受到的液体压强变小
B.浮力变小,受到的液体压强变大
C.浮力不变,受到的液体压强变大
D.浮力变小,受到的液体压强变小
阿基米德原理
D
[变式训练]
2.线上教学中,如图所示,刘老师把一金属块挂在弹簧测力计下,浸没在水中,弹簧测力计的示数为F。他让同学们帮他想办法,让弹簧测力计的示数变大,下列做法可行的是( )
A.往烧杯里加些酒精
B.往烧杯里加些盐
C.往烧杯里加水
D.把弹簧测力计向上提一下,但金属块不露出水面
A
3.如图所示,体积相同而材料不同的四个小球甲、乙、丙、丁静止在水中,这四个小球所受的浮力分别为F甲、F乙、F丙、F丁,则( )
A.F甲=F乙 B.F丙=F丁
C.F乙>F丙 D.F甲>F乙
B
得分要点 　阿基米德原理的理解
[典例3](2023东营模拟)一艘轮船从大海驶入长江,则( )
A.船受到的浮力变小,船体下沉一些
B.船受到的浮力变大,船体上浮一些
C.船受到的浮力不变,船体上浮一些
D.船受到的浮力不变,船体下沉一些
物体的浮沉条件及应用
D
[典例4](多选)“奋斗者”号是我国自主研发建造的第一艘万米级全海深潜水器。某次执行任务时,“奋斗者”号在马里亚纳海沟成功坐底,坐底深度为10 909 m。当“奋斗者”号下潜到1×104 m深处时,其总质量为36 t,体积为30 m3(ρ海水=1.0×103 kg/m3)。下列说法正确的是 ( )
A.“奋斗者”号上浮和下潜是靠改变浮力大小实现的
B.“奋斗者”号上浮和下潜是靠改变自身重力大小实现的
C.“奋斗者”号下潜到1×104 m深处时受到海水压强为1×108 Pa
D.“奋斗者”号下潜到1×104 m深处时受到海水浮力为3.6×105 N
BC
[变式训练]
4.把体积为2×10-3 m3、重为12 N的物块放入水中,它静止时所处的状态及受到的浮力大小分别为(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)( )
A.漂浮,F浮=20 N
B.漂浮,F浮=12 N
C.沉底,F浮=20 N
D.沉底,F浮=12 N
B
5.将同一支密度计先后放入两容器中,如图所示,两容器中的液体的密度分别是ρA、ρB,密度计受到的浮力分别是FA、FB,则密度和浮力的关系分别满足( )
A.ρA>ρB,FA>FB
B.ρA<ρB,FA=FB
C.ρA=ρB,FA>FB
D.ρA>ρB,FA=FB
B
6.(2023新泰模拟)如图所示,放在水平桌面上的甲、乙、丙三个完全相同的容器,装有三种不同的液体,将三个完全相同的长方体分别放入三种液体中,静止时三个容器的液面恰好相平。则下列判断正确的是( )
①物体受到的浮力F甲浮=F乙浮=F丙浮
②容器对桌面的压力F甲③液体的密度ρ甲>ρ乙>ρ丙
④液体对容器底的压强p甲A.只有①② B.只有②④
C.只有①③ D.只有③④
A
[典例5]我国成功研制出7 000 m载人潜水器,这是世界上下潜最深的载人潜水器,可达世界99.8%的海底。如果潜水器在海面下7 000 m处作 业,则受到来自海水的压强为　 　Pa,此时潜水器上一个面积为 2 m2的舱门受到的海水压力为　 　N。(ρ海水=1.03× 103 kg/m3,g取10 N/kg)
浮力的计算
7.21×107
1.442×108
[典例6] (2023益阳)某一木块的体积为100 cm3,所受的重力为0.8 N。漂浮在水面上静止时受到的浮力为　 　N。用手将木块压住使它浸没在水中,木块受到的浮力为　 　N。(g取10 N/kg,ρ水=1.0× 103 kg/m3)。
[变式训练]
7.(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,ρ水=1.0×103 kg/m3)
0.8
1
2
2.5×103
8.如图甲所示,长方体金属块在细绳竖直向上拉力作用下从水中开始一直竖直向上做匀速直线运动,上升到离水面一定的高度处。图乙是绳子拉力F随时间t变化的图象,g取10 N/kg。根据图象信息,该金属块重力的大小为　 　N,浸没在水中的金属块受到的浮力大小是　 　N,该金属块的密度是　 　kg/m3。
54
甲 乙
20
2.7×103
甲　　 乙　　 丙
(1)图乙中木块所受的浮力大小。
(2)木块的体积。
答案:(1)3 N　(2)5×10-4 m3
(3)木块的密度。
(4)图丙中F的大小。
答案:(3)0.6×103 kg/m3　(4)2 N
方法技巧 计算浮力的方法
方法 阿基米 德原理 称重法 二力平衡 压力差法
计算公式 F浮=G排=ρ液gV排 F浮=G-F拉 F浮=G F浮=F向上-F向下
实验1　探究浮力的大小与哪些因素有关　　　　　 　　　　 　　　　
[实验全面剖析]
一、实验器材
1.弹簧测力计:测量物体所受的重力和物体浸在液体中所受的拉力。
2.烧杯。
3.水、盐水。
4.重物(本实验使用重物的密度大于水和盐水的密度)。
5.细绳。
二、过程及现象
实验原理:称重法,F浮=　 　。
G-F示
1.实验方法:　 　。
(1)探究浮力大小与排开液体体积的关系时,控制　 　不变,改变　 　的大小。
(2)探究浮力大小与液体密度的关系时,控制　 　不变,改变　 　的大小。
(3)探究浮力大小与物体浸没深度的关系时,控制　 　 .
和液体的密度不变,改变　 　。
2.实验中换用不同液体进行多次测量的目的:　 　。
控制变量法
液体的密度
排开液体体积
排开液体体积
液体密度
物体排开液体的体积
物体浸没在液体中的深度
使实验结论具有普遍性
三、实验结论
物体在液体中所受浮力的大小,跟它浸在液体中的　 　和　 　 .
有关,跟浸没在液体中的深度　 　。
物体浸没在液体中的体积越大,液体的密度越大,物体所受的浮力就
　 　。
例1某小组同学在“探究影响浮力大小的因素”的实验中,提出了浮力大小可能与下列因素有关的猜想:
①与物体浸没在液体中的深度有关;
②与物体排开液体的体积有关;
体积
液体的密度
无关
越大
③与液体的密度有关。实验器材有:弹簧测力计、烧杯、金属块、水、盐水(ρ盐水>ρ水)。小明先用弹簧测力计测出金属块的重力,然后将金属块慢慢浸入液体中不同深度。实验步骤如图1所示(液体均未溢出),并将弹簧测力计的示数记录下来。
图1
(1)分析实验步骤a、b可知,金属块浸在水中时受到的浮力大小是
　 　N。
(2)分析实验步骤a、c、d可知,在同种液体中,物体所受浮力大小与物体浸没在液体中的深度　 　(选填“有关”或“无关”)。分析实验步骤　 　(填序号)可知,在同种液体中,物体排开液体的体积越大,物体受到的浮力越大;分析实验步骤a、d、e可知,在物体排开液体的体积一定时,液体密度越大,物体受到的浮力　 　。
(3)(误差分析)若先完成步骤c,再完成步骤a,则测得的浮力将　 　(选填“偏大”或“偏小”)。
1.4
无关
a、b、c(或a、b、d)
越大
偏大
(4)该小组同学完成本次实验后,又用获得的数据求出了金属块的体积为　 　cm3,盐水的密度为　 　g/cm3。(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
[拓展延伸]
(5)小明猜想浮力的大小与物体的形状有关,小明用两块相同的橡皮泥分别捏成圆锥体和圆柱体进行如图2所示的实验,由此小明得出的结论:浮力的大小与物体的形状有关。小珍认为这个结论不可靠,主要原因是
　 　。
200
1.1
图2
没有控制变量唯一(或没有控制排开液体的体积相同)
(6)对如图3所示F示-h、F浮-h图象分析:随着物体浸入液体深度h的增 大,弹簧测力计的示数先　 　后　 　,物体所受的浮力先
　 　后　 　。
减小
不变
图3
增大
不变
实验2　探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系
[实验全面剖析]
一、实验器材
1.弹簧测力计:测量物体所受的重力和物体浸在液体中所受的拉力。
2.溢水杯、小桶、重物、细绳。
二、过程及现象
实验原理:称重法,F浮=　 　。
1.实验分析
(1)物体在液体中所受的浮力:
F浮=　 　。
(2)物体排开液体所受的重力:
G排=　 　。
G-F示
F2-F3
F4-F1
2.实验误差分析
(1)先将物体放入液体中测拉力,再测物体的重力,则物体会粘有液体,所测重力偏大,所测浮力偏　 　。
(2)先测桶和排开液体的重力,再测桶的重力,所测桶沾有液体重力偏 大,所测排开液体的重力偏　 　。
3.实验注意事项
(1)实验时,待弹簧测力计的示数稳定后再读数。
(2)溢水杯应装满水,保证物体排开的液体全部流入小桶,不然会导致所测量排开液体的重力偏　 　。
4.实验中换用不同液体或不同的物体进行多次测量的目的:　 .
　。
大
小
小
使实验结论具有普遍性
三、实验结论
浸在液体中的物体所受的浮力大小等于它　 　。
排开的液体所受的重力
例2(2023泗水县模拟)小红设计了如图所示的实验来探究“浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”。(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
甲　 乙　 丙　 丁
(1)实验的最佳顺序是　 　(填字母)。
A.甲、乙、丙、丁
B.丁、甲、乙、丙
C.乙、甲、丁、丙
(2)下列情况会影响实验结论的是　 　(填字母)。
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没在水中
(3)由题目中所给数据可知,该物体的密度是　 　kg/m3。
B
A
2×103
(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是否遵循阿基米德原理”,实验过程中　 　(选填“甲”“乙”“丙”或“丁”)步骤不需要弹簧测力计。
[拓展延伸]
(5)如果所用物体的密度小于液体密度进行实验时,可将定滑轮置于溢水杯底部来改变　 　。
(6)小华组用的是铁块,两组交流后,小华提出两组实验仍然不具有代表性,应该再换用一种物体,你认为选择最好的是　 　(填序号)。
①不规则的石头　②小铁柱
③塑料块(密度小于水)
换用后,不需要测量的数据为　 　。
乙
力的方向
③
塑料块漂浮时弹簧测力计的示数
(7)(装置改进)学习结束后,小明所在的实验小组反复讨论,对实验进行了改进,改进后的实验装置如图戊所示,其中A、B是弹簧测力计,C为重物,D为薄塑料袋(质量不计),E是用废弃的大号饮料瓶、带孔橡皮塞以及弯曲玻璃管自制的溢水杯,杯中加入红色的水,F是可升降平台,G为铁架台。
①实验前,在选A、B两个弹簧测力计时,很多同学认为选任何规格的弹簧测力计都可以,小明认为应选择　 　(填字母)的弹簧测力计。
A.规格相同
B.规格不同
A
②实验中,同学们逐渐调高升降平台F,使重物浸入水中的体积越来越 大,观察到弹簧测力计A的示数　 　(选填“增大”“减小”或“不变”)。比较弹簧测力计A的示数变化量ΔFA和弹簧测力计B的示数变化量ΔFB,它们的大小关系是ΔFA　 　(选填“>”“<”或“=”)ΔFB。
减小
=
戊
物体的浮沉条件及应用
1.(2023济南)把一块石头和一个西红柿同时放入水中,它们静止时西红柿漂在水面上,而石头沉入了水底,如图所示。石头和西红柿在水中受到的浮力的大小相比较( )
A.石头受到的浮力更大些
B.西红柿受到的浮力更大些
C.石头和西红柿受到的浮力一样大
D.无法比较石头和西红柿受到的浮力大小
A
2.(2022淄博)小明洗碗时发现,同一只碗可以漂浮在水面上,也可以沉入水底,如图所示。下列说法正确的是( )
A.碗漂浮时所受的浮力大于它所受的重力
B.碗漂浮时所受的浮力等于它排开的水所受的重力
C.碗沉底时所受的浮力大于它漂浮时所受的浮力
D.碗沉底时排开水的体积等于它漂浮时排开水的体积
B
3.(2022潍坊)2022年5月15日,我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇,从青藏高原海拔4 270 m的中科院珠峰站附近升空,顺利升至 9 032 m,超过珠峰高度,创造了浮空艇大气科学观测世界纪录。该浮空艇通过一条缆绳与地面的锚泊设备连接,利用所受的浮力和缆绳的拉力可以实现升空和驻空。忽略浮空艇体积的变化,在其匀速直线上升过程中,下列说法正确的是( )
A.浮空艇周围的大气压不变
B.浮空艇受非平衡力的作用
C.浮空艇所受浮力大小不变
D.浮空艇所受浮力大于自身的重力
D
4.(2020烟台)三个完全相同的烧杯,分别装有相同体积的甲、乙、丙三种不同液体,将烧杯放在同一个水槽中,静止时如图所示。则下列说法正确的是( )
A.三个烧杯所受浮力相等
B.乙液体的密度最大
C.丙液体的密度比水大
D.三种液体的密度相等
B
5.(2023东营)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
B
6.(2023临沂)水平桌面上甲、乙两个质量相等但底面积不同的圆柱形容器内装有质量相等的不同液体,两个完全相同的物体在甲、乙两容器中静止时如图所示。下列判断正确的是( )
A.甲容器中的物体所受浮力大
B.甲容器中的液体的密度大
C.乙容器对水平桌面的压强大
D.乙容器底部所受液体的压力大
C
7.(2022泰安)两个相同的容器放在同一水平桌面上,分别装有甲、乙两种密度不同的液体,且ρ甲>ρ乙;两个体积相同的实心小球a和b在甲、乙两种液体中静止时的状态如图所示;两容器内c、d两点到容器底部的距离相等。设小球a和b的密度分别为ρa和ρb,质量分别为ma和mb,受到的浮力分别为Fa和Fb,c、d两处的液体压强分别为pc和pd。下列说法中 ( )
①ρa>ρb　②maFb　④pc>pd
A.只有①③正确 B.只有②③正确
C.只有①④正确 D.只有①③④正确
D
探究浮力的大小与哪些因素有关
8.(2023烟台)某实验小组为了研究浮力大小与物体排开液体重力的关系,进行了下面的实验,如图所示。
(1)实验过程中,利用　 　步骤能够计算出物体所受的浮力大小,利用　 　步骤能够计算出物体排开液体所受的重力大小。(均用图中的序号表示)。
②和③
①　　 ②　　 ③　　 ④
①和④
(2)通过实验数据可以发现,浮力大小与物体排开的液体所受的重力
　 　(选填“相等”或“不相等”)。
(3)为了使结论具有普遍性,该小组还应该进行的操作是　 .
　。
(4)另外一个小组进行实验后,发现浮力大小与物体排开液体重力不相等,在排除误差因素的情况下,出现这个结果的原因可能是　 .
　(写出一条即可)。
相等
换用不同的液体和物体进行多次实验
烧杯中的水没有装满
浮力的相关计算
9.(2022烟台)在物理课实践活动中,某活动小组想要用橡皮泥做“船”浮在水面上,并探究橡皮泥“船”的装载能力。他们用一块体积为 20 cm3的橡皮泥做成一只“船”,放入水中漂浮,试着向其中添加物体,发现最多只能装载25 g的物体,如图所示。查阅资料知道橡皮泥的密度为1.5×103 kg/m3。已知水的密度为1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg,则:
(1)将这块橡皮泥浸没在水中时所受的浮力为多少
(2)这只橡皮泥“船”装载最多物体时受到的浮力为多少
(3)该小组同学想提高橡皮泥“船”的装载能力,请你帮助他们提出一条合理化的建议。
解:(1)橡皮泥的体积V=20 cm3=2×10-5 m3,浸没时V排=V,橡皮泥浸没在水中时受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×2×10-5 m3=0.2 N。
(2)物体质量m=25 g=0.025 kg,物体重力G=mg=0.025 kg×10 N/kg=0.25 N,
橡皮泥“船”受到的重力为G船=m船g=ρ橡Vg=1.5×103 kg/m3×2× 10-5 m3×10 N/kg=0.3 N,
“船”装载最多物体时仍是漂浮状态,则有浮力F浮′=G总=G+G船=0.25 N+ 0.3 N=0.55 N。
答案:(1)0.2 N　(2)0.55 N　(3)改变橡皮泥“船”的形状,使其空心部分的体积适当增大,增大可利用的浮力,从而提高橡皮泥“船”的装载能力。
10.(2023聊城)如图所示,是某项目研究小组设计的一种自动加水装置,将一重为12 N,底面积为1×10-2 m2的圆柱体放在水箱底部。从进水口注入水,随着水面升高,圆柱体竖直上浮。当水面上升到传感器底P时,由传感器控制进水口开关停止注水,此时传感器底端P对圆柱体有20 N的竖直向下的压力。g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3。求:
(1)水箱内无水时,圆柱体对水箱底部的压强。
(2)圆柱体刚好浮起时浸入水中的体积。
(3)停止注水时,圆柱体受到的浮力。
(3)停止注水时,圆柱体受到竖直向下的重力G、竖直向上的浮力F浮′、传感器底P对圆柱体竖直向下的压力F,则有F浮′=G+F=12 N+20 N=32 N。
答案:(1)1 200 Pa　(2)1.2×10-3 m3　(3)32 N
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