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第3课 水的浮力-【学与练】
1、 浮力
1.浮力的概念:一切浸入液体(气体)的物体都受到液体(气体)对它竖直向上的力叫浮力。
2.浮力的方向:竖直向上 施力物体:液(气)体
二、浮力产生的根本原因:液(气)体对物体上下表面都有压力,浮力是上下表面的压力差(F下—F上)。
3、 阿基米德原理:浸在液体里的物体,受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力。
表达式:F浮 = G排液= m排g = ρ液gV排液 (阿基米德原理也适用于气体)
四、物体的浮沉条件
1.物体在水中的浮沉状态分为“两动”——上浮、下沉;“三静”——漂浮、悬浮、沉底。根据物体处于受力平衡或非平衡状态,可得出相应的受力分析。
2.浸没在液体中的物体,受到竖直向下的重力和竖直向上的浮力两个力的作用。这两个力的相对大小决定了物体是上浮、悬浮还是下沉。(如图物体为实心物体)
上浮
漂浮
悬浮
下沉
示意图
F浮与G物
F浮 G物
F浮 G物
F浮 G物
F浮 G物
ρ液与ρ物
ρ液 ρ物
ρ液 ρ物
ρ液 ρ物
ρ液 ρ物
五、沉浮条件的应用
1.密度计
用来测量液体密度的仪器,它是根据漂浮时受力平衡及阿基米德原理制成的。由于密度计在任何液体中都呈漂浮状态,所受到的浮力不变,都等于它自身的重力,即F浮 =G密度计=ρ液g V排,根据公式推导我们可知:密度计浸入液体中的体积越大,液体的密度越小;密度计浸入液体中的体积越小,液体的密度越大,所以密度计的特点是:上小下大;上疏下密(密度计的刻度不是均匀的)。下图1中,甲、乙、丙三种液体的密度大小为:ρ甲>ρ乙>ρ丙
图1 图2 图3
2.轮船
要使密度大于水的材料能够浮在水面上,必须把它做成空心的,使它能够排开更多的水,轮船就是利用这个原理制成的。轮船还有多条吃水线,因为浮力的大小不仅与轮船排开水的体积有关,还跟水的密度有关。河流与大海,或者不同的海域,水的密度是不一样的。河水的密度小于海水的密度,所以轮船由大海驶进河流时,轮船吃水深度会变大。图2为一轮船,有多条吃水线,其中标有W的是北大西洋吃水线,标有S的是印度洋吃水线。由图,我们就可以推断出北大西洋海水的密度大于印度洋海水的密度。
3.潜水艇
下潜和上浮(未露出水面)过程中,如图3其体积不变,所受浮力也不变,通过改变自身的重力来实现下潜和上浮。向水舱中加水,则潜水艇的重力增大,当重力大于浮力时,潜水艇将下潜;将水舱中的水排出,潜水艇的重力减小,当重力小于浮力时,潜水艇将上浮。
4.气球和飞艇
气球是利用空气的浮力升空的。气球里充的是密度小于空气的气体,如:氢气、氦气或热空气。为了能定向航行而不随风飘荡,人们把气球发展成为飞艇。
一、浮力产生的原因
1.(2023·桐乡模拟)取一只瓶口直径略小于乒乓球直径的透明塑料瓶,将瓶底切去后,塑料瓶倒立放置,将乒乓球放入瓶中且保持瓶口朝下;当往塑料瓶里注水,乒乓球静止不动;当用手堵住瓶口,乒乓球一会儿向上运动。此实验可用于( )
A.探究液体压强的特点 B.研究物体的沉浮条件
C.解释浮力产生的原因 D.证明大气压强的存在
2.(2023八上·椒江期末)2021年12月9日,航天员王亚平在“天宫课堂”中展示了浸没在水中的乒乓球无法上浮的实验现象。下列解释合理的是( )
A.乒乓球重力大于浮力
B.乒乓球的密度等于水的密度
C.失重环境下乒乓球不受浮力
D.乒乓球所处位置较深,受到水对它的压力较大
3.(2023八上·鄞州期末)以下情景中没有受到浮力的物体是( )
A.遨游太空的“天宫二号” B.空中上升的热气球
C.海上航行的“辽宁号” D.海中下潜的“蛟龙”号
4.(2023八上·长兴期末)科学课上,老师将装满水的水槽放在斜面上,用细绳一端牵着浸没在水中的乒乓球(细绳的重力忽略不计),细绳的另一端固定在水槽底部,静止后乒乓球的状态最接近下图中的( )
A.① B.② C.③ D.④
5.(2022·浙江期中)中国桥梁建设水平居于世界领先地位, 下列和桥有关的表述中不正确的是( )
A.行人对桥的压力是由鞋的形变产生的
B.浸在水中的桥墩受到水的浮力作用
C.行驶在大桥上的汽车以桥为参照物是运动的
D.行驶到桥上最高点的汽车,如果所有力消失,车将做匀速直线运动
6.如图所示,一个塑料小球堵在一个水池的出口处