第十章　流体的力现象 小专题六 　计算浮力的四种方法 课件--2023-2024学年 物理教科版八年级下册

小专题六　计算浮力的四种方法 类型1：压力差法计算浮力 1．如图所示，某正方体物体重20 N，用绳子拉着浸没在水中，上表面受到水向下的压力为15 N，下表面受到水向上的压力为24 N，请计算： (1)物体上、下表面受到水的压力差； (2)此时物体受到的浮力大小； (3)此时绳子对物体的拉力。 解：(1)由题知，正方体上表面受到水的压力为F上表面＝15 N，其方向竖直向下；下表面受到水的压力F下表面＝24 N，其方向竖直向上； 所以正方体上、下表面受到水的压力差： ΔF＝F下表面－F上表面＝24 N－15 N＝9 N； (2)物体受到的浮力F浮＝ΔF＝9 N； (3)由于正方体物体浸没在水中处于静止状态，根据受力平衡可知：拉力F＝G－F浮＝20 N－9 N＝11 N。 类型2：阿基米德原理计算浮力 2．在“阿基米德解开王冠之谜”的故事中，若王冠的质量为500 g，浸没在水中时，王冠排开水的质量为0.05 kg，g取10 N/kg，ρ水＝1.0×103 kg/m3，求： (1)这顶王冠在水中所受的浮力； (2)王冠的体积。 解：(1)浸没在水中时，王冠排开水的质量为m排＝0.05 kg，则G排＝m排g＝0.05 kg×10 N/kg＝0.5 N；由阿基米德原理可知：F浮＝G排＝0.5 N； (2)王冠浸没在水中，则王冠的体积等于排开水的体积，由ρ＝eq \f(m,V)可得王冠的体积： V＝V排＝eq \f(m排,ρ水)＝eq \f(0.05 kg,1.0×103 kg/m3)＝5×10－5 m3。 类型3：称重法计算浮力 3．在弹簧秤下挂一物体，示数为2.7 N。当把该物体浸没在水中时，弹簧秤的示数减少了1 N。现把该物体浸没在另一种液体中时，弹簧测力计的示数为1.9 N。(g取10 N/kg)求： (1)该物体在水中受到的浮力； (2)该物体的密度； (3)另一液体的密度。 解：(1)该物体在水中受到的浮力： F浮＝F示1－F示2＝1 N； (2)由F浮＝ρ水V排g得，物体的体积： V＝V排＝eq \f(F浮,ρ水g)＝eq \f(1 N,1.0×103 kg/m3×10 N/kg) ＝1×10－4 m3， 物体重等于在空气中称时弹簧秤的示数：G＝F示1＝2.7 N，物体的质量：m＝eq \f(G,g)＝eq \f(2.7 N,10 N/kg)＝0.27 kg， 物体的密度：ρ＝eq \f(m,V)＝eq \f(0.27 kg,1×10－4 m3)＝2.7×103 kg/m3； (3)浸没在另一种液体时受到的浮力： F浮′＝G－F示3＝2.7 N－1.9 N＝0.8 N， 由F浮＝ρ液V排g得液体的密度： ρ液＝eq \f(F浮′,V排g)＝eq \f(0.8 N,1×10－4 m3×10 N/kg) ＝0.8×103 kg/m3。 4．(容县期末)如图所示，弹簧测力计下挂一长方体物体，将物体从盛有适量水的烧杯上方离水面某一高度处缓缓下降，然后将其逐渐浸入水中如图甲所示，图乙是弹簧测力计示数F与物体下降高度h变化关系的图像。求：(ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg) (1)物体的重力； (2)物体受到的最大浮力； (3)物体的密度。 解：(1)由图乙可知，0～3 cm时，弹簧测力计示数为12 N，此时长方体物体处于空气中，根据二力平衡条件可知，长方体物体的重力：G＝F拉＝12 N； (2)7～9 cm时，长方体物体完全浸没后排开水的体积不再改变，受到的浮力不再改变，弹簧测力计示数为4 N不变，则长方体物体受到最大的浮力： F浮＝G－F＝12 N－4 N＝8 N； (3)长方体物体完全浸没时，其体积等于排开水的体积，由F浮＝ρ水gV排可得，物体的体积： V＝V排＝eq \f(F浮,ρ水g)＝eq \f(8 N,1.0×103 kg/m3×10 N/kg) ＝8×10－4 m3， 由公式G＝mg可求出物体的质量：m＝eq \f(G,g)＝eq \f(12 N,10 N/kg)＝1.2 kg， 则物体密度：ρ物＝eq \f(m,V)＝eq \f(1.2 kg,8×10－4 m3)＝1.5×103 kg/m3。 类型4：平衡法计算浮力 5．如图所示，水平地面上有一底面积为1.5×10－2 m2的圆柱形容器，容器中水深40 cm，一个边长为10 cm的正方体木块通过一根细线与容器底部相连，细线受到的拉力为6 N，g取10 N/kg。(ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg) (1)求此时木块受到的浮力； (2)求木块的质量； (3)细线剪断后，当木块静止时，水位下降多少厘米？ 解：(1)浸在水中木块的体积等于排开水的体积V排＝V＝(10 cm)3＝1×10－3 m3，木块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×1×10－3 m3＝10 N； (2)木块受到三个力的作用：竖直向下的重力、拉力和竖直向上的浮力，则物体的重力： G＝F浮－F拉＝10 N－6 N＝4 N； 木块的质量：m＝eq \f(G,g)＝eq \f(4 N,10 N/kg)＝0.4 kg； (3)因为木块浸没在水中时的浮力大于木块的重力，所以剪断细线后，木块会上浮直至漂浮在水面上，由于漂浮，所以F浮′＝G＝4 N，由F浮＝ρ水gV排可得：V排′＝eq \f(F浮′,ρ水g)＝eq \f(4 N,1.0×103 kg/m3×10 N/kg) ＝4×10－4 m3， 物块露出水面的体积： V露＝V－V排′＝1×10－3 m3－4×10－4 m3＝6×10－4 m3； 根据V＝Sh可得，液面下降的高度： h′＝eq \f(V露,S)＝eq \f(6×10－4 m3,1.5×10－2 m2)＝0.04 m＝4 cm。 $$