内容正文:
专项三 力学
重难点13 浮力
【重点知识梳理】
13.1浮力的定义、测量、产生的原因
1.浮力:浸在液体中的物体受到向上的力。一般用符号F浮表示,单位:N。
2.浮力的方向:竖直向上;作用点:物体上;施力物体:液体:受力物体:浸在液体中的物体。
大小的测量方法:重力差法。一般步骤:①用弹簧测力计测出物体在空气中的重力G;②将物体浸在液体中,测出此时的重力F示;③用公式F浮=G-F示计算浮力的大小。
3.浮力产生的原因:物体的上下表面受到液体的压力差。即F浮=F向上-F向下。
13.2影响浮力大小的因素
1.物体排开液体的体积:物体浸在液体中的体积越大,受到的浮力越大。
2.液体的密度:当物体排开液体的体积一定时,液体的密度越大,物体受到的浮力越大。
3.公式:F浮= ρ液gV排(ρ液—液体的密度,单位:kg/m3; V排—物体排开液体的体积,单位:m3)
13.3阿基米德原理
1.原理: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到的重力。
2.公式:F浮=G排。
【难点知识突破】
13.1判断浮力大小的变化
1.明确影响浮力大小的因素是:物体排开液体的体积和液体的密度,与其它因素无关。
2.利用公式F浮= ρ液gV排做出判断。若题设中液体的密度ρ液不变,当V排变大,F浮就变大;当排开液体的体积V排不变时,当ρ液变大,F浮就变大。
【例题分析】
【例1】(2021贵港)2020年11月28日上午8时30分许,随着一阵汽笛声响,在马里亚纳海沟结束科考任务的“探索一号”科考船,搭载成功实现10909米坐底纪录的“奋斗者”号胜利返航若海水密度为1.03×103kg/m3 , “奋斗者”号在海面下下潜的过程中,下列说法正确的是( )
A. “奋斗者”号受到的海水的压强不变,受到的海水的浮力不变
B. “奋斗者”号受到的海水的压强变大,受到的海水的浮力不变
C. “奋斗者”号受到的海水的压强变大,受到的海水的浮力变大
D. “奋斗者”号受到的海水的压强变小,受到的海水的浮力变小
【答案】 B
【解析】A D.“奋斗者”号在海面下下潜的过程中,根据 P=ρgh 可知,密度不变,深度变深,受到了压强变大,AD错。
B C.根据 F浮=ρgv排可知,浸没后,物体的排开液体的体积不变,液体的密度不变,浮力不变,B正确;C错。选B。
13.2运用F浮= ρ液gV排和F浮=G排计算浮力
1.直接求浮力。找出题目中的已知,统一成国际单位,代入公式计算即可。
2.测量或计算物体或液体的密度
当物体浸没在液体中时,由F浮=ρ液gV排变形得V物= V排= 。ρ物= = = 。
ρ液= 。
【例题分析】
【例2】(2020巴中31)某实验小组将重力为8.9N的实心物体放人装满水的溢水杯中,溢出1N的水。取出擦干后挂在弹簧测力计上,浸没在另一种未知液体中静止时,弹簧测力计的示数为8.1N。求:(1)物体在水中受到的浮力
;(2)该物体的密度
;(3)未知液体的密度
。
【答案】(1)1N (2)8.9×103kg/m3 (3)0.8×103kg/m3
【解析】(1)根据阿基米德原理可得物体在水中受到的浮力F浮=G排=1N。
(2)物体的质量m物= = = 0.89kg;排开水的质量m排= = = 0.1kg;物体体积和它排开水的体积相等V物=V排= = = 1.0×10-4m3;该物体的密度ρ物= = = 8.9×103kg/m3。
(3)未知液体中物体所受的浮力:F浮′=G物-F=8.9N-8.1N=0.8N;物体在液体中浸没时,其排开液体的体积和自身体积相等V排′=V物=1.0×10-4m3;液体的密度:
ρ液= = = 0.8×103kg/m3。
3. 拉力与浮力
情形1. F浮=F拉+G物
情形2. F拉=G物-F浮
4.图像分析问题
此类题目,关键是要看懂图像中几段的含义,以及起点、拐点的含义。如下图:1.6N,表示物体浸没时测力计的示数F示;2.0N,表示物体的重力G;10cm表示物体开始露出液面;20cm表示物体完全露出液面。将这些信息结合浮力的计算公式,就很容易解题了。
【例题分析】
【例3】(2020甘孜29)如图甲所示,小聪课余时间用弹簧测力计做浮力实验。他用弹簧测力计挂着实心圆柱体,圆柱体浸没在水中且不与容器壁接触,然后将其缓慢拉出水面,弹簧测力计示数随圆柱体上升距离的变化情况如图乙,g取10N/kg,则圆柱体的重力为 N,圆柱体受到的最大浮力是 N。
【答案】 2 0.4
【解析】由图象可知:当物体完全露出水面时,弹簧测力计的示数为2N,由二力平衡知识得圆柱体的重力为2N。由图象可知:当圆柱