内容正文:
专题01 水的浮力
一.浮力基础
1.浮力的定义:所有浸入液体或气体的物体都会受到对它竖直向上托举的力叫浮力。
(1)浸入:包括部分浸入和全部浸入两种;
(2)施力物体:液体或者气体;
(3)受力物体:浸入液体或者气体中的物体。
(4)浮力的方向:竖直向上。
2.浮力产生的原因:上下表面压力差
二.浮力计算
1.称重法:先用弹簧测力计在空气中测量出物体的重力G,再用弹簧测力计测出物体浸在液体中的示数F拉,两次弹簧测力计的示数差就是浸在液体中的物体所受浮力的大小,F浮=G- F拉。
2.探究影响物体收到浮力大小的因素
(1)提出猜想:
①浮力大小与物体浸入液体中的液体有关
②浮力大小可能与液体密度有关
③浮力大小可能与浸入液体中的深度有关
(2)实验步骤:①将重物悬挂于弹簧测力下端,慢慢浸入水中直至浸没,观察弹簧测力计示数变化,记录物体浸没时弹簧测力计示数。
②取出重物,擦净、晾干,再次将重物悬挂于该弹簧测力计下,慢慢浸入盐水中
直至浸没,并观察记录弹簧测力计示数变化,录物体浸没时弹簧测力计示数。
(3)实验结论:
对比图①②③④可以得出:液体密度相同时,物体浸入液体中体积越大,浮力越大。
对比图①④⑤可以得出:物体浸入液体中体积相同时,液体密度越大,浮力越大。
3.阿基米德原理:浸在液体中的物体,受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开的液体所受到的重力,即:
4.上下表面压力差法:液体对物体上下表面都有压力,浮力是上下表面的压力差 F浮=F下-F上
三.物体的浮沉条件
四.物体的浮沉条件的应用
1.密度计:浮力等于重力,上小下大,上疏下密
2.浮力秤:浮力等于重力,依据阿基米德原理得出正比关系
3.轮船与热气球:浮力等于重力
4.半潜船与潜水艇:浮力等于重力,改变自重来控制升降
5.提升重物的受力分析:利用阿基米德原理可计算体积与密度
6.物块上浮时受力分析:浮力增大至等于重力,然后浸没时可算体积
【例题分析】
一、选择题
1.2023年3月,“探索一号”科考船完成了首次环大洋洲载人深潜科考任务,搭载的“奋斗者”号多次完成了深度超过万米的下潜。不考虑海水密度与潜水器体积的变化,潜水器在海面下下潜的过程中( )
A.浮力不变,压强变大 B.浮力变大,压强变大
C.浮力变大,压强不变 D.浮力不变,压强不变
【答案】A
【解析】潜水艇下潜过程中,排开液体的体积不变,液体的密度不变,根据阿基米德原理
可知受到的浮力大小不变,再根据液体压强公式
液体的密度不变,液体深度增大,故受到的压强变大,故A符合题意,BCD不符合题意。
2.学习了物体的浮沉条件后,小舟做了如下实验:在两个薄气球中加满温水,扎紧后剪去多余部分,分别浸没于盛有冷水与热水的玻璃杯中(如图)。若不计气球自重,放手后两气球的运动情况是( )
A.冷水、热水中都下沉 B.冷水中下沉,热水中上升
C.冷水、热水中都上升 D.冷水中上升,热水中下沉
【答案】D
【解析】温水的密度小于冷水的密度,由物体的浮沉条件可知,装温水的气球在冷水中上浮;温水的密度大于热水的密度,由物体的浮沉条件可知,装温水的气球在热水中下沉,故D符合题意。
故选D。
3.如图所示,潜水员正潜没在海水中,他携带的气瓶可以对身上的背心进行充气或放气,以改变背心的体积大小来实现浮沉。下列对潜水员分析正确的是( )
A.向海底下潜过程中,受到海水的压强变大 B.海水中水平游动时,受到海水的压强变小
C.对背心进行放气后,受到海水的浮力变大 D.对背心进行充气后,受到海水的浮力变小
【答案】A
【解析】A.向海底下潜过程中,深度增加,由p=ρgh知道,受到海水的压强变大,故A正确;
B.海水中水平游动时,深度不变,由p=ρgh知道,受到海水的压强不变,故B错误;
CD.对背心进行充气后,排开液体体积变大,由知道,浮力变大,对背心进行放气后,排开液体体积变小,浮力变小,故CD错误。
故选A。
4.如图所示,已知鸡蛋的质量为55克,体积为50立方厘米。将鸡蛋放在盛有清水的玻璃杯里,鸡蛋沉入杯底(图甲);逐渐将食盐溶解在水中,鸡蛋恰好悬浮(图乙);继续溶解食盐,最终鸡蛋漂浮(图丙)。下列说法正确的是( )
A.图甲中鸡蛋所受浮力为0.55牛 B.图乙中盐水的密度是千克/米3
C.图丙中鸡蛋所受浮力大于鸡蛋自身重力 D.图中三种状态下浮力的大小关系是
【答案】B
【解析】A.图甲中鸡蛋沉底,所受浮力小于鸡蛋的重力,鸡蛋的重力为
鸡蛋受到的浮力小于0.55N,故A错误;
B. 图乙中鸡蛋悬浮,鸡蛋的密度等于盐水的密度,盐水的密度为
故B正确;
C..图丙中鸡蛋漂浮,所受浮力等于于鸡蛋自身重力,故C错