资源简介 第 4 讲 浮力综合一、 浮力计算浮力计算的方法二次称量法:F 浮=G 物-F。阿基米德原理法:F 浮=G 排=m 排g=ρ液gV 排。压力差法:F 浮=F 向上-F 向下。漂浮或悬浮条件:F 浮=G 排。二、 浮力与压力压强对容器底部的压力当物体放入容器中且漂浮或悬浮时,液面上升,上升后的高度为 h,此时容器受到的压力为 F, 则F=ρgSh。当物体放入容器中且沉底时,液面上升,上升后的高度为 h,此时容器受到的压力为 F,则 F=ρgSh+(G 物-F 浮)。台秤问题将物体放入台秤上盛水的烧杯中时,烧杯中液面上升,台秤示数增大,弹簧测力计示数减小,且增大 和减小的数值相同,均为物体所受浮力大小。三、 液面升降问题冰块熔化问题若冰块在密度与水相同的液体中融化,液面不变; 证明:由于冰块漂浮,F 浮=G 冰,由阿基米原理:F 浮=G 排; 又因为冰熔化前后重力不变,G 冰=G 冰化水 即有:G 排=G 冰化水,因为:F 浮=G 排=ρ水V 排g,G 冰=G 冰化水=ρ水V 冰化水g,所以:ρ水V 排g=ρ水V 冰化水 g, 故 V 排=V 冰化水所以冰熔化后液面不变.若冰块在密度比水大的液体中融化,液面上升;若冰块在密度比水小的液体中融化,液面下降;若冰块中含有木块、蜡块等密度小于水的物体,冰融化后液面不变; 证明:冰块中含有木块、蜡块等密度小于水的物体,处于漂浮状态,F 浮=G, 冰化成水后,木块、蜡块,处于漂浮状态,F 浮’=G,浮力不变,根据阿基米德原理排开水的体积不变,液面不变。若冰块中含有铁块、石块等密度大于水的物体,冰融化后液面下降。 证明:冰块中含有铁块、石块等密度大于水的物体,处于漂浮状态,F 浮=G, 冰化成水后,铁块、石块,处于沉底状态,F 浮’根据阿基米德原理排开水的体积变小,液面下降。小船抛物问题分析思路:漂浮的物体浮力等于重力,放入小船中,与小船仍漂浮,浮力等于重力,物体排开水的体积不变, 若由船中取出放入水中,则排开水的体积也不变,木块在船中和水中都是漂浮的,将小船中的木块抛入池水中,水面高度不变;下沉的物体浮力小于重力,放入小船中,与小船漂浮,浮力等于重力,物体排开水的体积增大, 若由船中取出放入水中,则排开水的体积减小,石块在水中下沉,在船中漂浮,所以将小船中的石块抛入池水中,水面高度下降。四、 图像分析题考查的知识点有重力、质量、密度、二力平衡、受力分析、阿基米德原理、压强的计算等,解题时要 结合图像对所学知识进行综合分析。题型一:浮力计算【例 1】某课外活动小组在探究物体的“浮沉条件”时,将一个质量为 100g 的物体放入装满水的小桶中,溢出 90g 水,物体受到的浮力是(g=10N/kg)( )A.1N B.9N C.0.1N D.0.9N【答案】D【解析】把物体轻轻放入盛满清水的溢水杯中,排开的水重:G 排=m 排g=0.09kg×10N/kg=0.9N, 物体受到的水的浮力 F 浮=G 排=0.9N。故选:D。【变式训练】一长方体铝块,在水里慢慢下沉,下沉过程铝块上表面总保持水平。(1)当铝块上表面没入水面下沉 到某位置时,上表面受到水的压力为 20N,下表面受到水的压力为 30N;(2)当铝块再下沉到某位置时,上表面受到的水的压力增大为 25N 时,下表面受到水的压力是( )A.20N B.25N C.30N D.35N【答案】D【解析】因为 F 下=30N,F 上=20N,所以 F 浮=F 下-F 上=30N-20N=10N,又因为水的密度和排开水的体积保持不变,所以铝块受到的浮力保持不变,当上表面受到的压力增大为 25N 时,下表面受到的压力为: F 下′=F 浮+F 上′=10N+25N=35N。如图所示物体 A 由大小两个圆柱体组成悬浮于水中,已知 VA=1dm3,大圆柱体上表面受水向下压力5N,小圆柱体下表面受到水向上压力 8N,下列说法正确的是( )物体 A 受浮力 3N B. 物体 A 受浮力 13NC.大圆柱体下表面受向上压力 7N D. 大圆柱体下表面受向上压力 10N【答案】C【解析】由题知,物体 A 由大、小两个圆柱体组成,浸没于水中,已知 VA=1dm3, 则物体 A 排开水的体积:V 排=VA=1dm3=1×10-3m3,物体 A 所受的浮力:F 浮=ρ水V 排g=1×103kg/m3×1×10-3m3×10N/kg=10N。根据浮力产生原因可得:F 浮=F 向上小+F 向上大-F 向下,所以大圆柱体下表面受向上压力:F 向上大=F 浮-F 向上小+F 向下=10N-8N+5N=7N。故 ABD 错、C 正确。2018 年 12 月 8 日,载人潜水器支持母船--“深海一号”顺利下水,这是我国自主设计建造的第一艘大吨位深海载人潜水器专业母船。船长 90.2 米、型宽 16.8 米,设计吃水 5.8 米、型深 8.3 米,设计续航力超过 12000 海里,满载时排水量 10000 吨,可在全球无限航区执行下潜作业。则该船满载时受到的浮力为 牛,浮力的方向是 ,卸去船上的货物后船受到的浮力将 (选填“不变”、“变大”、“变小”)。【答案】9.8×107;竖直向上;变小。【解析】由阿基米德原理可得,该轮船满载时受到的浮力:F 浮=G 排=m 排g=10000×103kg×9.8N/kg=9.8×107N;浮力的方向是竖直向上的;由于轮船处于漂浮状态,所以根据漂浮条件可知 F 浮=G;如果把船上货物卸下一些,重力减小,则船受到的浮力将变小。【例 2】有一个实心球形物体,用弹簧测力计在空气中称重时,测力计的示数为 12N;当把物体一半体积浸入水中时,测力计的示数为 7N.当把物体全部体积浸入水中时,物体受到的浮力是( ) A.5N B.6N C.7N D.10N【答案】D【解析】物体一半体积浸入水中时,测力计的示数为 7N,物体受到的浮力 F 浮=G-F=12N-7N=5N 当把物体全部体积浸入水中时,排开水的体积是原来的 2 倍,根据 F 液=ρ水gV 排可知,物体全部浸没水中时浮力 F 浮′=2F 浮=2×5N=10N。【变式训练】烧杯中装有一定量的水,水位如图 A 所示,用细绳将物体拴住浸没在水中,水位如图 B 所示,此时细绳所受拉力为 15N,将物体缓慢向上提,当水位如图 C 所示时(其中 C 水位处是 A、B 水位的中点),细绳所受拉力为 25N,则图 B中物体所受浮力为( )A.15N B.10N C.20N D.无法确定【答案】C【解析】设物体重为 G,当物体浸没在水中时,根据力的平衡条件可得:F 拉=G-F 浮=15N ①将物体缓慢向上提,当水位如图 C 时(其中 C 处是 AB 的中点),排开水的体积减半,浮力减半,1此时 F 拉′=G- 2 F 浮=25N ②1②-①得: 2 F 浮=25N-15N=10N,即图 C 中物体所受浮力为 10N; 所以,当物体浸没在水中时,即图 B 中物体受到的浮力 F 浮=20N。用弹簧测力计在空气中称重一个实心物块,测力计的示数为 12N;当把物块一半体积浸入水中时,测力计的示数为 4N。把物块从弹簧测力计上取下投入水中静止时,物块受到的浮力是( )(g 取 10N/kg) A.4N B.8N C.12N D.16N【答案】C【解析】由题知物重 G=12N,把物体一半体积浸入水中时,测力计的示数为 4N, 根据称重法可得,此时物体受到的浮力:F 浮=G-F=12N-4N=8N;物体全部浸没水中时,排开水的体积是原来的 2 倍,根据 F 浮=ρ水gV 排可知,浮力是原来的 2 倍,所以, 物体全部浸没水中时的浮力:F 浮′=2F 浮=2×8N=16N;把物块从弹簧测力计上取下投入水中时,因浮力 F 浮大于物体的重力 G,故物体会上浮,直至漂浮, 则物体静止时受到的浮力:F 浮″=G=12N。题型二:浮力与压力压强【例 3】现有甲、乙两个完全相同的容器,盛有体积相同的盐水,把一个鸡蛋分别放入两容器中的情形如图所示,鸡蛋在甲、乙两杯液体所受浮力分别为 F 甲浮、F 乙浮,两杯液体对底部的压力、压强分别是 F 甲、F 乙,P 甲、P 乙,下列说法正确的( )A.F 甲浮<F 乙浮 F 甲=F 乙 P 甲<P 乙B.F 甲浮=F 乙浮 F 甲>F 乙 P 甲>P 乙C.F 甲浮>F 乙浮 F 甲<F 乙 P 甲<P 乙D.F 甲浮=F 乙浮 F 甲<F 乙 P 甲>P 乙【答案】B【解析】(1)鸡蛋漂浮在甲杯中,受到盐水的浮力等于鸡蛋重力;鸡蛋悬浮在乙杯中,受到盐水 的浮力也等于鸡蛋重力;所以鸡蛋在甲、乙两杯中所受浮力大小相等,即:F 甲浮=F 乙浮;(2)鸡蛋在甲杯盐水中漂浮,盐水对容器底压力:F 甲=G 鸡蛋+G 甲盐水=G 鸡蛋+m 甲盐水g=G 鸡蛋+ρ甲Vg 鸡蛋在乙杯盐水中悬浮,盐水对容器底的压力: F 乙=G 鸡蛋+G 乙盐水=G 鸡蛋+m 乙盐水g=G 鸡蛋+ρ乙Vg,∵F 甲浮=F 乙浮;∴ρ甲>ρ乙,∴液体对容器底的压力:F 甲>F 乙, 因为容器相同、容器底面积相同,F由压强公式 p= S 可知盐水对容器底部的压强相等,即:p 甲>p 乙。综上分析,ACD 错误,B 正确。【变式训练】先将倒有适量水的圆柱形容器放在水平桌面上,用弹簧测力计将系细线的铁块慢慢浸入水中,小明观 察了铁块刚开始浸入水中到完全浸没在水中的实验现象,并对一些物理量做了如下判断:①铁块受到的浮力变大②容器中的水对容器的压强不变③铁块全部浸没在水中后,弹簧测力计的示数不变④桌面受到的压力、压强不变。其中判断正确的是( )A.①② B.①③ C.①④ D.②③【答案】B【解析】①根据题意可知,铁块刚开始浸入水中到完全浸没在水中,铁块排开液体的体积越来越大, 因此受到的浮力变大,故 A 正确;②铁块刚开始浸入水中到完全浸没在水中,铁块排开液体的体积越来越大,水的深度越来越大,由p=ρgh 可知,水对容器底的压强变大,故 B 错;③铁块全部浸没在水中后,排开水的体积不变、水的密度不变,受到的浮力不变,而弹簧测力计的示 数等于重力减去浮力,所以弹簧测力计的示数不变,故 C 正确;④铁块刚开始浸入水中到完全浸没在水中,弹簧测力计的示数变小,桌面受到的压力变大,受力面积P ( F不变,由 S 可知,桌面受到的压强变大,故 D 错。故①③正确。如图,装满水的封闭容器放在水平桌面上,若将容器倒置,则容器底部受到水的压强 ,受到水的压力 ;水平桌面受到的压力 ,压强 (选填:“变大、变小或不变”)【答案】不变;变大;不变;变小。【解析】由题知,水的质量不变,容器和水的总重不变,∵p=ρgh,将容器倒置后,液面深度不变,∴水对容器底部的压强不变;P ( F由 S 得:F=pS,∵倒置后底面积变大,∴水对容器底部的压力变大;∵在水平桌面上,F=G,∴容器对水平面的压力不变;P ( F由于倒置后底面积变大,则根据 S 可知容器对水平面的压强变小。【例 4】如图所示,用细绳将质量为 200g 的木块系住,使木块浸没在水中,当木块静止时细绳对木块的拉力为 1N,容器底部水的深度为 20cm,已知容器底面积为 40cm2,求:木块受到的浮力;水对容器底部的压力和压强。【答案】(1)木块受到的浮力为 3N;(2)水对容器底部的压力为 8N;水对容器底部的压强为 2000Pa。【解析】(1)由图可知,木块静止在水中,木块受向上的浮力、向下的重力和向下的拉力,由力 的平衡条件可得:F 浮=G+F 拉=mg+F 拉=200×10-3kg×10N/kg+1N=3N;(2)水对容器底部的压强:p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×20×10-2m=2000Pa, 水对容器底部的压力:F=pS=2000Pa×40×10-4m2=8N。【变式训练】如图所示,底面积为 200cm2 的容器自重 10N,装入 100N 的水时,水的深度为 30cm,(g 取 10N/kg) 求:水对容器底的压强和压力。容器对地面的压力和压强。【答案】(1)水对容器底的压力、压强分别为 60N、3×103Pa;(2)容器对地面的压力、压强分别为 110N、5.5×103Pa。【解析】(1)水对容器底的压强 p1=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×0.3m=3×103Pa; 水对容器底的压力:F1=p1S=3×103kg/m3×200×10-4m2=60N;(2)容器重:G1=10N;水重:G2=m 水g=10kg×10N/kg=100N;容器对水平桌面的压力:F2=G1+G2=10N+100N=110N;F2 110N 容器对水平桌面的压强:p2= S = 200 ×10-4 m2 =5.5×103Pa。往往冷饮店在顾客购买果汁后会免费为其提供冰块。如图是一杯果汁饮料中放有冰块的示意图。已知该饮料的密度为 1×103kg/m3,冰块质量为 20g,冰的密度为 0.9×103kg/m3,杯子内部底面积为 50cm2, 杯中饮料的深度为 10cm.(g=10N/kg)求:冰块所受的浮力;杯底所受的压强和压力。【答案】(1)冰块所受的浮力为 0.2N;(2)杯底所受的压强为 1000Pa;压力为 5N。【解析】(1)m=20×10-3kg=2×10-2kg,∵冰块漂浮,∴F 浮=G 冰=m 冰g=2×10-2kg×10N/kg=0.2N;(2)杯底受到的压强:p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1000Pa,F由 p= S 得,杯底受到的压力:F=pS=1000Pa×50×10-4m2=5N。如图所示,水平茶几的中央放着一个盛水的圆柱形平底玻璃杯。用刻度尺测得水深是 10cm,玻璃杯的底面积为 5.0×10-3m2.g 取 10N/kg。求水对杯底的压力和压强;将一健身球轻轻放入杯中,发现水面上升了 2.2cm,且未溢出。求健身球受到的浮力。【答案】(1)水对杯底的压力是 5N,压强是 1.0×103Pa。健身球受到的浮力是 1.1N。【解析】(1)水对杯底的压强:P=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1.0×103Pa, 水对杯底的压力:F=PS=1.0×103Pa×5.0×10-3m2=5N;(2)健身球排开水的体积:V 排=Sh 升高=5.0×10-3m2×2.2×10-2m=1.1×10-4m3, 健身球受到的浮力:F 浮=ρ水gV 排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.1×10-4 3=1.1N。【例 5】如图所示,两只完全相同的盛水容器放在两个相同的磅秤上,其中一个容器中有一个金属柱体挂在弹簧下浸没在水中,此时两容器液面高度相同,则( )A.两个磅秤的示数相同 B.甲磅秤的示数较大C.乙磅秤的示数较大 D.无法判断【答案】因为液面高度相同,由 p=ρgh 可知,容器底受到的压强相等;由P ( FS 可得,F=ps,所以容器底受到的压力相等。则磅秤示数等于容器底受到的压力和容器自身的重力,故两个磅秤的示数 相同。故选:A。【变式训练】如图所示,两只完全相同的盛水容器放在台秤上,用细线悬挂质量相同的实心铅球和铝球(ρ铅>ρ铝), 全部没入水中,此时容器中水面高度相同,设挂铅和铝的绳的拉力分别为 T1 和 T2,磅秤的示数分别为F1 和 F2 则:F1 F2,T1 T2(填“<”、“=”或“>”)。【答案】=;>。【解析】(1)对于悬吊在水中的球来说,它受到自身的重力 G、水对它的浮力 F 和悬线对它的拉力 T 三个力的作用而处于平衡,则此三力间应有关系为 T=G-F;以题述的铅球和铝球相比较,由于两者是质量相等的实心球,故 G1=G2.由于铅的密度大于铝的密度,则铅球的体积小于铝球的体积,由于两者均浸没于水中,所以铅球所受水的浮力 F 浮 1 小于铝球所受水的浮力 F 浮 2,即 F 浮 1<F 浮 2.故 T1>T2;(2)因为液面高度相同,由 p=ρgh 可知,容器底受到的压强相等;又因为 F=pS,所以容器底受到的压力相等。则磅秤示数等于容器底受到的压力和容器自身的重力,故 F1=F2。小吴同学为探究力之间的关系做了如图所示的实验.将弹簧测力计下端吊着的铝块逐渐浸入台秤上盛 有水的烧杯中,直至刚没入水中(不接触容器,无水溢出).在该过程中,下列有关弹簧测力计和台秤示数的说法正确的是( ) A.弹簧测力计的示数减小,台秤示数不变B.弹簧测力计的示数不变,台秤示数也不变C.弹簧测力计的示数减小,台秤示数增大D.弹簧测力计的示数不变,台秤示数增大【答案】 C对铝块受力分析可知:铝块受竖直向下的重力、竖直向上弹簧测力计的拉力和浮力, 由平衡条件得:G 铝=F+F 浮,F=G 铝-F 浮,在铝块完全浸没前,V 排逐渐增大,F 浮逐渐增大,弹簧测力计的示数 F 逐渐减小.对烧杯及水受力分析可知:受烧杯及水竖直向下的重力,铝块向下的压力 F 压=F 浮,台秤的支持力FN,由平衡条件得:台秤的支持力 FN=G+F 压,在铝块完全浸没前,V 排逐渐增大,F 压=F 浮逐渐增大,FN逐渐变大,台秤的示数增大.题型三:液面升降问题【例 6】夏天,很多同学喜欢在饮料中加冰块。如果把冰块放在橙汁中(ρ橙汁>ρ水),那么冰块熔化后液面将( )A.升高 B.降低 C.不变 D.先升高后降低【答案】Am m【解析】冰块漂浮在橙汁中,所以 G=F 浮=G 排,则 m=m 排,由ρ= V 可知,V= (,冰化成水质量不变,所以化成的水和排开橙汁的质量相等,水的密度小于橙汁的密度,所以化成水的体积大于排开橙汁的体积,可知杯内液面将上升,故 A正确,BCD 错误。【变式训练】有甲、乙、丙、丁四个相同的容器,分别盛有水、盐水、酒精和水银四种液体,且液面高度相同。如果 把四块质量相同,外形不同的冰块分别放入四个容器中,当冰块熔化后的液面与冰刚放进去平衡而未熔化的液面,将( )A.水面高度不变,其它液面都升高 B.酒精液面降低,水面高度不变,盐水和水银面升高C.酒精和水面都升高,盐水和水银液面下降 D.无法判断【答案】B【解析】设冰的质量为 m,重力为 G,因为冰漂浮于水面上,所以 F 浮=G,即:ρ水gV 排=G, ①又因为冰熔化成水后,其质量不变,所以有ρ水gV 水=G, ②联立①②可得:ρ水gV 排=ρ水gV 水,即:V 排=V 水因此水面不变; 若将冰放入盐水中,同理可得:ρ盐水gV 排=ρ水gV 水,∵ρ盐水>ρ水,∴V 排<V 水,因此液面上升;若将冰放入水银中,同理可得:ρ水银gV 排=ρ水gV 水,∵ρ水银>ρ水,∴V 排<V 水,因此液面上升;若将冰放入酒精中,由于ρ酒精<ρ水,冰块下沉,排开酒精的体积等于冰块的体积,V 排=V 冰>V 水,因此液面下降。如图所示,四个相同的容器内水面一样高,a 容器内只有水,b 容器内有木块漂浮在水面上,c 容器内漂浮着一块冰块,d 容器中悬浮着一个空心球。下列四种说法正确的一组是( )①每个容器的总质量都相等②四个容器中,液体对容器底的压强相同③在 b 容器中倒入酒精后,木块在液面下的体积减小④c 容器中冰块熔化后水面高度下降⑤d 容器中再倒入酒精后,小球将下沉。A.①③⑤ B.①②⑤ C.①②④ D.②③④【答案】B【解析】(1)∵木块漂浮,∴木块受到的浮力等于木块重,∵F 浮=ρ水V 排g,∴木块受到的重力等于排开的水重,∵a、b 容器水面等高∴b 容器的总重等于 a 容器的总重,∵G=mg,∴b 容器的总质量与 a 容器的总质量相同。同理可以得出,cd 容器的总质量与 a 容器的总质量相同,故①正确;(2)四个相同的容器内水面一样高,∵p=ρgh,∴四个容器中,液体对容器底的压强相同,故②正确;(3)b 容器中再倒入酒精后,使水的密度减小,但木块还是漂浮,受到的浮力相等,∵F 浮=ρ水V 排g,∴排开水的体积增大,使木块在液面下的体积增大,故③错;(4)∵冰漂浮于水面上,∴F 浮=ρ水gv 排=G 冰; ①又∵冰熔化成水后,其质量不变,∴G 冰=G 水=ρ水gv 水, ②;联立①②可得:ρ水gV 排=ρ水gV 水,∴V 排=V 水,即:冰块排开水的体积跟冰熔化成水后的体积相等,∴水面高度不变,故④错;(4)原来小球悬浮,受到的浮力等于小球重 F 浮=G 球,d 容器中再倒入酒精后,使水的密度减小,∵F 浮=ρ水V 排g,排开水的体积不变,∴小球受到的浮力减小,使得 F 浮′<G 球,∴小球将下沉,故⑤正确。小胡同学把一冰块放大盛有盐水的烧杯里,等冰块熔化后,液面 (选填“上升”“下降”或“不变”);小明同学把含有一小块小石头的冰块放入水中,处于漂浮状态,冰熔化后,液面 (选填“上升”“下降”或“不变”)。【答案】上升;下降。【解析】(1)冰块漂浮在盐水水面上,所以,F 浮=G 冰,则ρ盐水gV 排=ρ冰gV 冰,(冰V冰所以,V 排=所以,V 水=(盐水(冰V冰(水,冰熔化成水之后,状态变化,质量不变,所以,m 冰=m 水,则ρ冰V 冰=ρ水V 水,,已知:ρ盐水>ρ水,则 V 水>V 排,所以,若冰完全熔化,杯中液面上升。(2)当冰熔化成水时,体积变小,排开水的体积变小;而石块下沉,排开水的体积不变, 所以当冰熔化完后,杯中的水面下降。【例 7】装有石块的小船漂浮在水面上所受的浮力为 F1,把石块放入水中,石块受到的浮力为 F2,河底对石块的支持力为 N,则空船漂在水面上所受到的浮力是 。【答案】F1-F2-N。【解析】把石块放入水中,石块下沉至池底,石块受到的浮力为 F2,河底对石块的支持力为 N, 则石块的重:G 石=F2+N,石装有石块的小船漂浮在水面上时,二者受到水的浮力:F1=G 船+G 石,∵G 船=F1-G 石=F1-(F2+N)=F1-F2-N。【变式训练】如图,在底面积为 S 的圆柱形水槽底部有一个金属球,圆柱型的烧杯漂浮在水面上,此时烧杯底受到水的压力为 F1.若把金属球从水中捞出放在烧杯里使其底部保持水平漂浮在水中,此时烧杯底受到水的压力为 F2,此时水槽底部受到水的压强与捞起金属球前的变化量为 p,水的密度为ρ水.根据上述条件可知金属球捞起放入烧杯后( ) A.圆柱形水槽对桌面的压强变大 B.烧杯受到的浮力为 F2-F1C.金属球受的支持力为 F2-F1-pS D.水槽底部受到水的压力变化了 pS【答案】D【解析】A、圆柱形水槽对桌面的压力等于水槽、水、金属球、烧杯的总重力,金属球捞起放入烧杯后, 总重力不变,受力面积不变,圆柱形水槽对桌面的压强不变,故 A 错;B、因为圆柱型的烧杯漂浮在水面上,烧杯受到的浮力等于下表面受到的压力 F2,故 B 错;C、金属球捞起放入烧杯后,烧杯受到的浮力变化△F 浮=F2-F1=G,金属球放在烧杯内时受到的支持力F=G=F2-F1,故 C 错;D、水槽底部受到水的压力与捞起金属球前的变化量:△F 压=pS,故 D 正确。如图所示,装有石块的小船浮在水面上时,所受浮力为 F1,当把石块卸入水中后,小船所浮力为 F2, 池底对石块的支持力为 N,这时( )A.石块所受的浮力为 F1-F2-N B.池底所受压力减小了 NC.石块所受的重力大于 F1-F2 D.船所排开水的体积减少了【答案】AN ( F2 g P水【解析】AC、装有石块的小船浮在水面上时,所受浮力为 F1,由漂浮条件可知:F1=G 船+G 石, 当把石块卸入水中后,小船所浮力为 F2,则 F2=G 船,所以 G 石=F1-F2,故 C 错误;石块静止在池底时受力平衡,所以 F 浮+N=G 石,石块所受的浮力 F 浮=G 石-N=F1-F2-N,故 A 正确;B、由图可知,由图水池粗细均匀,所以池底受到的压力等于池中物体的总重力,石块投入水中前面, 水、小船、石块的总重力不变,所以池底受到的压力不变,故 B 错误;D、由 A 知,石块放入水中后船受到的浮力减小,△F 浮船=F1-F2=G 石,F1 - F2由阿基米德原理可知船减小的排开水体积:△V 排=(水 g ,石块沉入中静止时,G 石=F 浮+N,则 F1-F2=F 浮+N,所以 N+F2=F1+F 浮>F1-F2,故 D 错误。题型四:图像分析题【例 5】如图甲,用弹簧测力计吊着一金属块逐渐放入水中,图象乙反映了这个过程中弹簧测力计的示数变化情况。根据图象可知:金属块的质量是 kg,金属块完全浸没在水中时所受的浮力是 N,金属块的体积是 m3.(g 取 10N/kg)【答案】0.5;3;3×10-4。G 5N【解析】(1)∵G=mg,∴金属块的质量:m= g(2)由图示图象可知,金属块的重力 G=5N,= 10N / kg =0.5kg,金属块完全浸没在水中时受到的浮力:F 浮=G-F=5N-2N=3N;金属块完全浸没在水中时,金属块排开水的体积等于金属块的体积,F浮 3N∵F 浮=ρ水gV 排,∴金属块的体积:V=V 排= (水g = 1.0×103 kg/m3 ×10N/kg =3×10-4m3。【变式训练】如图甲,在弹簧测力计下挂一圆柱体,从盛水的烧杯 上方某一高度缓慢下降,圆柱体浸没后继续下降,直 到圆柱体底面与烧杯底部接触为止。如图乙所示的是 圆柱体下降过程中弹簧测力计读数 F 随圆柱体下降高度 h 的变化图象。试求:(g 取 10N/kg)圆柱体受到的最大浮力。圆柱体的密度。【答案】(1)圆柱体受到的最大浮力为 8N。(2)圆柱体的密度为 1.5×103kg/m3。【解析】(1)由图象可知,当 h=0 时,弹簧测力计示数为 12N, 此时圆柱体在空气中,G=F 示=12N,从 h=7cm 开始,弹簧测力计示数不变,说明此时圆柱体已经浸没在水中,对圆柱体受力分析可知,F 浮=G-F 示=12N-4N=8N,F浮 8N(2)∵F =ρ V g,∴V = (水 g = 1(103 kg/m3 ×10N/kg =8×10-4m3,∵物体是全部浸没,∴圆柱体的体积:V=V 排=8×10-4m3,G∵G=mg,∴m= g12N= 10N/kg =1.2kg,m圆柱体的密度:ρ= V1.2kg= 8×10-4 m3 =1.5×103kg/m3 。小明同学想利用浮力知识来判断奶奶买来的实心银条是否是纯银的。于是他找来了弹簧测力计、水、 杯子和细线,进行了如下操作:用细线将银条挂在弹簧测力计下,缓慢将银条放入水中如图甲所示, 并根据实验数据正确绘制了如图乙所示图象。小明忘记标注纵坐标所代表的物理量,轻帮他分析该物理量是 (选填“重力”、“浮力”或“拉力”)。由图象 BC 端可知,浮力大小与 有关,由图象 CD 端可知,浮力大小与通过计算可知该银条无关。(选填“是”或“不是”)纯银的(ρ银=10.5×103kg/m3)。在将银条逐渐放入水中直至全部浸入的过程中,水对杯底的压强逐渐 ;银条全部浸入后(不碰底)与放入前相比杯底受到的压力增加了 N。【答案】(1)拉力;(2)物体排开液体的体积;浸没的深度;(3)是;(4)增大;0.2。【解析】(1)银条在进入水面前,不受浮力作用,拉力始终等于重力,当物体开始浸入水中时,随浸 入水中的体积变大,所受浮力变大,则拉力变小;当物体完全浸没后,深度增加,但所受浮力不变,拉力不变,因此浮力先不变,后变大,后不变;拉 力先不变,后变小,后不变,因此图乙中的物理量是拉力;BC 段,物体浸入水中的体积变大,拉力变小,说明浮力变大,可知浮力大小与物体排开液体的体积有关;CD 段,物体完全浸没在水中,深度变化,拉力不变,说明浮力大小不变,可知浮力大小与物体浸没的深度无关;G由图乙知,银条的重力 G=2.1N,则 m= g2.1N= 10N/kg =0.21kg;银条完全浸没时受到的浮力:F 浮=G-F=2.1N-1.9N=0.2N;F浮0.2N由 F =ρ gV 可知,银条的体积:V=V = (水g = 1(103 kg/m3 ×10N/kg =2×10-5m3;m则银条的密度:ρ= V0.21kg= 2 (10(3 m3 =10.5×103kg/m3=ρ ,所以是纯银;在将银条逐渐放入水中直至全部浸入的过程中,水的深度逐渐增加,所以水对杯底的压强逐渐增 大;银条完全浸没受到 0.2N 的浮力作用,根据力的作用的相互性,杯子给水向下的反作用力,所以银条全部浸入后(不碰底)与放入前相比杯底受到的压力增加了 0.2N。【例 6】如图 1 所示,小明利用弹簧测力计、一个金属块、两个相同烧杯、适量的水和煤油,对浸在液体中的金属块所受浮力进行了探究分析图 B、C,说明浮力大小跟 有关。如图 2 是小明根据实验数据所绘制的弹簧测力计示数与金属块的下表面浸入水中深度和金属块所受浮力与金属块的下表面浸人水中深度的关系图象能够表示金属块所受浮力与金属块的下表面到水面距离 h 关系的图象为 (选填“a”或“b”)。在图 1B 中,金属块浸没在水中所受浮力为 N.金属块下降,接触容器底,弹簧测力计示数减小。此时他测得的浮力与真实值比 (填“偏大”、“偏小”或“不变”)请你根据图中的实验数据求出:煤油的密度为 kg/m3。【答案】(1)液体的密度;(2)a;(3)1.0;偏大;(4)800。【解析】(1)物体受到的浮力大小 F 浮=G-F 示,在水和油中测力计示数不同,则物体受到的浮力不同,分析图 B、C,物体排开液体的体积相同,排开液体的密度不同,说明浮力大小跟液体的密度有关;因 F=ρ液gV 排,在浸没前,金属块的下表面到水面距离 h 增大导致排开液体的体积增大,金属块所受浮力随金属块的下表面到水面距离 h 增增大而变大;当浸没后,排开液体的体积不变,浮力不变,所受浮力与深度无关,因此,只有选项 a 符合题意。金属块浸没在水中所受浮力 F 浮水=G-F 示=2.7N-1.7N=1.0N;若物体接触并挤压了容器底部,由力的作用是相互的,容器底部对物体有一个向上的力的作用,测 力计的示数将减小,根据 F 浮=G-F 示可知,测得的浮力将偏大。F浮水(4)根据阿基米德原理,F =ρ gV ,因浸没,V =V = ρ水g , 在油中受到的浮力 F 浮油=ρ油gV 排油,又 F 浮油=2.7N-1.9N=0.8N,F浮油因物体均浸没在液体中,故排开液体的体积相同,V = ρ油g ,F浮水F浮油F浮油0.8N即 ρ水g = ρ油g ;油的密度:ρ = F浮水 ×ρ = 1.0N ×1000kg/m3=800kg/m3。【变式训练】小玲探究“物体的浮力与什么因素有关”,做了以下实验。做实验的步骤如图所示,并记录了弹簧测力计 的示数 F 及金属体下表面所处的深度 h。(已知ρ水=1.0×103kg/m,g 取 10N/kg)根据图 1 实验情景图,你认为浮力与什么因素有关 。根据图 1 提供的信息,回答以下的问题:①据上图可知,金属块的重力是 N。②图 6 中,金属块共受 个力的作用,金属块在盐水中所受的浮力是 N。图 2 选项中能正确反映出浮力 F 浮和深度 h 关系的图象是 。该物块的密度是 kg/m3。【答案】(1)物体排开液体体积和液体的密度;(2)①9.6;②3;3.6;(3)D;(4)3.2×103【解析】(1)分析 1、2、3、4 可知:液体均为水,探究过程中控制了液体的密度相同,物体排开液体的体积不同,弹簧测力计的示数不同,说明浮力和物体排开液体体积有关; 分析 1、5、6 可知物体所受浮力的大小与液体的密度有关;①据上图可知,金属块的重力 G=9.6N;②图 6 中,金属块浸没在水中,受到盐水向上的浮力,弹簧测力计向上的拉力,以及向下的重力,金属块受到 3 个力的作用;金属块浸没在酒精中的浮力 F 浮=G-F 示=9.6N-6N=3.6N;由浮力公式可知,F 浮=ρgV 排可知,金属块排开水的体积 V 排随 h 的增大而增大,当金属块完全浸没在水中时,V 排不变,因此金属块受到的浮力随 h 先增大后不变,故 D 正确;由表中实验数据可知,金属块完全浸没在水中时,金属块受到的浮力 F 浮水=G-F 示水=9.6N-6.6N=3N,F浮水根据 F =ρgV 得金属块的体积:V=V = (水g ,m G G9.6N金属块的密度:ρ= V = gV = F浮水 ?ρ = 3N×1.0×103kg/m3=3.2×103kg/m3小安为了探究物体在水中不同深度所受浮力变化情况,如图 1 所示,将一挂在弹簧测力计下的实心圆柱体金属块缓慢浸入水中(水足够深),在圆柱体接触容器底之前,分别记下圆柱体下表面所处的不 同深度 h 和弹簧测力计相应的示数 F,实验数据如表:分析表中实验数据,物体的重力是 N,完全浸没时受到的浮力 N;分析表中第 1 列到第 5 列数据,说明 ;根据所学知识,根据第 6 列到第 8 列数据,可以知道物体所受浮力大小 ;压强将 ;(两空均选填“增大”、“减小”或“不变”),说明物体的浮力与浸没深度 。图 2 中能正确反映弹簧测力计示数 F 和圆柱体下表面到水面距离 h 关系的图象是 【答案】(1)6.75;2.5;(2)物体在同一液体里不断浸入过程中,浮力随 V 排的变大而变大;(3)不变;增大;无关;(4)B【解析】(1)根据题意,金属块在深度 h=0cm 说明没有浸入水中,此时物体不受浮力,弹簧测力计的示数就是物体的自身重力,即重力为 6.75N。物体完全浸没时,弹簧测力计的示数为 4.25N,F 浮=G-F 示=6.75N-4.25N=2.5N,分析表中第 1 列到第 5 列数据,弹簧测力计的示数 F 示=G-F 浮,重力是一定的,浮力变大,说明物体在同一液体里不断浸入过程中,浮力随 V 排的变大而变大;由表中第 6 列和第 7 列数据可知,物体浸没在水中后,随物体浸入深度的变化,弹簧测力计示数不变,物体受到的浮力不变,由此可见:物体浸没后,物体受到的浮力与深度无关;由液体压强公式 P=ρgh 可知,在同种液体中,液体的压强随液体深度的增大而增大;由 1~5 可知随着圆柱体浸入深度增加,弹簧测力计示数不断减小,由 6~8 列可知圆柱浸没后, 深度增加,弹簧测力计示数不变。由图象可知 B 正确。如图所示,当吊在弹簧测力计下的物体浸在水中的体积为物体体积的1 时,弹簧测力计的示数为34N;当物体浸在水中的体积为物体体积的 1 时,弹簧测力计的示数为 1N.从弹簧测2力计上取下物体将其缓慢的放入水中(容器足够大,水足够多),则物体静止时 受到的浮力为( )A.18N B.14N C.10N D.8N【答案】C【解析】(1)由“当吊在弹簧测力计下的物体浸在水中的体积为物体体积的1 时,3弹簧测力计的示数为 4N;”可得:F浮 1=G-F拉 1,即ρ水1g V=G-4N…①;3由“当吊在弹簧测力计下的物体浸在水中的体积为物体体积的 1 时,弹簧测力计的示数为 1N;”可得:21ρ水g2V=G-1N…②由①-②,解得 V=18(水g 。(2)当从弹簧测力计上取下物体将其缓慢的放入水中,假设其全部浸没,那么它受到的浮力:18F =ρgV =1.0×103kg/m3×g×V=1.0×103kg/m3×g× (水 g =18N,18将 V= (水g 代入ρ1g 3 V=G-4N…①;解得 G=10N,F 浮>G,所以,取下物体将其缓慢的放入水中,物体漂浮, 则物体静止时受到的浮力为 10N。如图所示,两个相同的容器都盛满水,甲中有一体积是 6cm3,密度是 0.6g/cm3 的木块漂浮在水面上, 下列有关说法正确的是( )A.甲容器对地面的压力和压强大于乙容器对地面的压力和压强B.将木块缓慢下压至浸没的过程中,木块受到的浮力不变 C.将木块取出后,甲、乙量容器对地面的压力和压强相等2D.木块漂浮时受到的浮力等于自身重力,并且有 5 的体积露出水面【答案】D【解析】A、因为木块漂浮,所以 F 浮=G 木;根据阿基米德原理有 F 浮=G 排;所以 G 木=G 排,即木块受到的重力等于排开的水重,所以在甲图中,相当于木块的重力恰好补充了木块排开水的重力,故甲容F器对水平桌面的压力等于乙容器对水平桌面的压力,已知两个容器相同,由 p= S 可得;两容器对水平地面的压强相等;故 A 错误;B、由阿基米德原理公式 F 浮=ρ水gV 排可知,当液体密度一定时,V 排越大 F 浮越大。由于木块缓慢下压至浸没的过程中,V 排在增大,所以 F 浮在增大,故 B 错误;C、取出木块后,甲容器中液面的高度下降,水的总质量减小,对桌面的压力减小,压强减小。故 C错误。D、因为木块漂浮,受到浮力与重力相等,则 F 浮=G,即ρ水gV 排=ρ木gV,(木 0.6g/cm3 3 3 2 则 V = (水 V=1g/cm3 V= 5 V,所以 V 露=V-V 排=V- 5 V= 5 V,故 D 正确。如图所示,用弹簧测力计拉着一个重 12N 的实心金属块浸入水中,当金属块浸没时,弹簧测力计的示数为 4N,水的密度为 1.0×103kg/m3,g 取 10N/kg。求:(1)金属块浸没时受到的浮力;(2)金属块的体积。【答案】(1)金属块浸没时受到的浮力为 8N;(2)金属块的体积为 8×10-4m3。【解析】(1)由称重法可得,金属块浸没时受到的浮力:F 浮=G-F′=12N-4N=8N;(2)因金属块浸没在水中,所以由 F 浮=ρ水gV 排得金属块的体积:F浮 5NV=V 排= (水g = 1(103 kg/m3 ×10N/kg =8×10-4m3。水平桌面上放置的容器容积为 1.5×10-3 m3,底面积为 1.0×10-2 m2,高为 20cm,容器重 1N,当它盛满水时,求:水对器底的压力和压强;容器对桌面的压力。【答案】(1)水对器底的压力和压强分别为 20N 和 2×103Pa;(2)容器对桌面的压力为 16N。【解析】(1)根据液体压强的计算公式得 p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2×103Pa。F∵p= S ,∴水对容器底部的压力 F=pS=2×103Pa×1×10-2 m2=20N;(2)G 水=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.5×10-3m3=15N,G 容器=1N容器对水平桌面的压力 F=G 容器+G 水=1N+15N=16N。联合国政府间气候变化专门委员会于 2011 年 2 月 2 日发布全球气候变化评估报告的梗概。该委员会专家预测到 2100 年,全球平均气问将升高 1.4 至 5.8 摄氏度,海平面将升高 9 至 88 厘米。随着全球气候的变暖,漂浮于海面的冰山正逐渐熔化,导致海平面升高。小明为了模拟冰山熔化后海平面升高的现象,将一块冰放入浓盐水中,冰中不含盐分,冰处于漂浮状态,如图所示,试利用浮力的有关关系式证明,冰块熔化后,液面会升高。(盐水的密度大 于水的密度,在证明过程中需要涉及的科学量符号请说明清楚)m证明:冰块漂浮在盐水中,所以 G 排=F 浮=G 冰,则 m 排=m 冰,由ρ= V 可知:m排 m冰 V = (盐水 = (盐水 ;m由于冰化成水质量不变,即 m 水=m 冰,由ρ= V 可知化成的水后水的体积为:m水V = (水m冰= (水 ;已知:ρ盐水>ρ水,所以,V 排<V 水,即:化成水的体积大于排开盐水的体积, 所以冰块熔化后,液面会升高。马同学在深圳科技小发明比赛中设计了一个可以用弹簧测力计来测量液体密度的装置。原理如图甲所 示:在弹簧测力计下悬挂一圆柱体,当圆柱体下表面与水面相平时开始缓慢下降。直到与烧杯底接触 为止,然后以此数据为准测量其他液体的密度。圆柱体的重力 G= N。圆柱体浸没在水中后所受浮力 FW= N;比较(b)、(c)两图可得:浸在同一液体中的物体受到浮力的大小跟 有关。马同学完成如图甲所示的实验后,把水换成另一种液体重复上述实验,根据实验数据绘制出如图 乙所示的弹簧测力计的示数 F 与物体下降高度 h 的 F-h 图象。那么物体浸没在这种液体中受到的浮力 F 浮′= N.另一种液体的密度ρ液= kg/m3。【答案】(1)6;(2)5;(3)物体排开液体的体积;(4)4N、0.8×103。【解析】(1)由图甲(a)可知,根据二力平衡,圆柱体的重力,G=F=6N;由图甲,利用称重法,圆柱体浸没在水中后所受浮力 FW=G-F=6N-1N=5N;比较(b)、(c)两图可得,物体随着排开液体体积的增大,F 值减小,浸在同一液体中的物体受到浮力的大小跟物体排开液体的体积有关;由图乙可知,在这种液体中物体完全浸没时 F 乙=2N,此时 F 浮=G-F 乙=6N-2N=4N,V 排相同,FW ρ水gV排5N (水 4F浮 = ρ液gV排 ; 4N = (液 ,ρ液 = 5 ×ρ水=0.8×103kg/m3。在研究物体浮力时,小明将物体挂在弹簧测力计下,缓慢放入水中如图 1 所示,描绘出弹簧测力计示数和时间的图象如图 2 所示。由图象可知物体浸没在水中时受到的浮力为 ,而同组的小华却画出了图 3 所示的图象,通过分析发现两个图象不同的原因是:图 3 画的是 和时间的图象。同组的小研同学觉得把小明和小华的图象结合起来更好,于是她用另一物体重复上述实验,画出了图 4 所示的图象,发现与将图 2、图 3 结合起来的图象不同,小明告诉她是因为两物体的 不同(选填“质量”或“体积”).根据图象可知小研所用物体的密度是 。【答案】(1)1N;浮力;(2)体积;1.5×103kg/m3。【解析】解:(1)由图 2 可知,测力计在空气中的示数即重力 G=3N,在水中时的示数 F=2N,则浮力为:F 浮=G-F=3N-2N=1N;由图 3 可知,随着时间的增加,F 的示数逐渐变大,然后保持不变,符合浮力的特点(物体排开的水的体积变大,浮力变大,全部浸入液体后,浮力不变),故是浮力和时间的图象;(2)图象不同,是因为物体受到的浮力是不同的,即物体排开的液体的体积不变,物体的体积不同; 由图示图象可知,物体重力:G=3N;物体完全浸没在水中时受到的浮力:F 浮=2N;F浮 2N由浮力公式:F 浮=ρgV 排可知,物体的体积:V=V 排= ρ水g = 1×103 kg/m3 ×10N/kg =2×10-4m3,G 3N由 G=mg 可知,物体的质量:m= g = 10N/kg =0.3kg, 物体的密度:m 0.3kgρ = V = 2×10-4 m3=1.5×103kg/m3;如图 1 所示,在弹簧测力计下挂一圆柱体,从盛水的烧杯上方某一高度缓慢下降,圆柱体浸没后继续下降,直到圆柱体底面与烧杯底部接触为止,如图 2 所示是圆柱体下降过程中弹簧测力计读数 F 随圆柱体下降高度 h 变化的图象。分析图象可知,圆柱体重力是 N;当弹簧测力计读数为 9N 时,受到的浮力是 N;圆柱体浸没在水中时,受到的浮力是 N;分析图象 BC 段,可得结论:物体浸没液体之前,浸入液体的深度越深,受到的浮力越 (选填“大”或“小”);分析图象 CD 段,可得结论: 。【答案】(1)12;3;4;(2)大;(3)浮力大小与物体浸没的深度无关。【解析】(1)由图象可知,当 h=0 时,弹簧测力计示数为 12N,此时圆柱体在空气中,根据二力平衡条件可知,G=F 示=12N;当弹簧测力计读数为 9N 时,受到的浮力是 F 浮=G-F=12N-9N=3N;由 CD 段知,当物体完全浸没时测力计的示数为 4N,则 F 浮′=G-F′=12N-4N=8N;从 h=7cm 开始,弹簧测力计示数不变,说明此时圆柱体已经浸没在水中,对圆柱体受力分析可知,F 浮=G-F 示=12N-4N=8N,故 B 正确;分析图象 BC 段,物体完全浸没前,物体在液体中的深度逐渐增加,测力计读数在减小,说明受到的浮力增大。分析 CD,物体完全浸没,浸没的深度变化,测力计的示数不变,可知浮力大小不变, 可得浮力大小与物体浸没的深度无关。小王为了探究物体在水中不同深度所受浮力的情况,将一挂在弹簧测力计下的圆柱体金属块缓慢浸入水中,在圆柱体接触容器底之前,记下圆柱体下表面距水面的深度 h 和弹簧测力计示数 F,数据如表:由于粗心,第 8 次实验数据小王没有记录,请你帮他填写完整。由表中数据可得,物体重为 N,第 3 次实验时,物体受到的浮力为 N。表中第 1 列到第 6 列数据,说明: 。表中第 6 列到第 8 列数据,说明: 。图中能正确反映弹簧测力计示数量 F 和圆柱体下表面所处深度 h 之间关系的是 ,能正确反映圆柱体受到的浮力 F 和圆柱体下表面所处深度 h 之间关系的是 。【答案】(1)4.5;(2)7;1;(3)物体受到的浮力随物体排开液体体积的增大而增大;(4)物体 浸没在同种液体里,所受浮力的大小与浸没的深度无关;(5)B;D。【解析】(1)分析数据变化可知,当第 6 次实验时,物体已完全浸没于水中,因为,再增加深度,其排水的体积也不会改变,弹簧测力计的示数 F 仍为 4.5N;物体在空气中时,弹簧测力计的示数,就是它的重力,即第 1 次实验中的示数 F=G=7N;第 3 次实验时,物体受到的浮力为 7N-6N=1N;由表中 1-6 列实验数据可知,随圆柱体浸入水中的深度增加,物体排开水的体积增大,弹簧测力计示数减小,物体受到的浮力增大,由此可得:在同种液体里,物体受到浮力的大小随排开液体体积的增大而增大;(4)由表中第 6、7 列实验数据可知,物体完全浸没在水中,随 h 增大,F 不再改变, 说物体受到的浮力不变,这说明物体受到的浮力不变,由此此可得:物体浸没在同种液体里,所受浮力的大小与浸没的深度无关;(5)通过分析数据可知,当深度 h 增大时,弹簧测力计的示数先减小, 后不变,浮力是先变大,后不变,因此 B 和 D 分别符合题意的要求。 展开更多...... 收起↑ 资源预览