10.2阿基米德原理 课件-2023-2024学年人教版物理八年级下册

10.2阿基米德原理 -1- ■考点一 阿基米德原理 1. 实验探究：浮力的大小与排开液体所受重力的关系 实验步骤（如图）： （1）测出铁块所受到的重力 G 铁和空小桶的重力 G 桶； （2）将溢水杯中装满水； （3）把铁块浸入溢水杯中，读出弹簧测力计的示数 F； （4）测出小桶和排开水的总重力 G； [考点解读] 第 2 节 阿基米德原理 -2- （5）记录数据，并进行多次实验。 实验结论：物体受到的浮力等于排开水的重力， 即 F 浮＝G 铁-F=G 排＝G-G 桶。 2. 阿基米德原理内容 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的重力，公式为 F 浮=G 排。 第 2 节 阿基米德原理 -3- 例 1 某同学做验证阿基米德原理的实验，如图所示，完成下列各题： （1）实验的合理步骤是：___________。 （2）将图中的数据填入表中： 典题精析 物体重 Ｇ（Ｎ） 物体浸入液体时弹簧测力计的示数 Ｆ（Ｎ） 小桶重Ｇ（Ｎ） 小桶和液体的总重（Ｎ） 第 2 节 阿基米德原理 -4- （3）计算物体受到的浮力 F 浮=_____ N。 （4）物体排开液体的重力 G 液=______ N。 （5）实验的结论： _________________________________________________________________。 解析：由图示可知，合理的实验步骤是：CBAD 或 BCAD；由图 B 与图 A 可知，物体受到的浮力 F 浮=G- F=4 N-3 N=1 N；由图 C 与图 D 可知物体排开液体的重力G 液=1.5 N-0.5 N=1 N；根据实验可知：物体受到的浮力等于物体排开液体所受的重力。 答案：（1）CBAD（或 BCAD） （2） 4 3 0.5 1.5 （3）1 （4）1 （5）物体浸在液体中受到的浮力等于物体排开液体所受的重力 满分备考：阿基米德原理中指出，物体在液体中受到的浮力等于物体排开的液体的重力，在计算排开液体的重力时不要忘记减去盛装溢出液体的器皿的重力，否则会导致所得浮力偏大。 第 2 节 阿基米德原理 -5- ■考点二 浮力的大小 1. 计算公式：F 浮=G 排=ρ 液 gV 排 2. 对公式的理解 （1）该公式同样适用于气体（此时的 ρ液改为ρ气）， 在实际生活中，一般计算物体受气体浮力时，物体都是浸没在气体中的。 （2）“浸在液体中”包括两种情况，一是浸没在液体中，此时 V排=物；二是部分浸入，此时 V 排＜V 物。 （3）由 F浮=G排=ρ液 gV 排可以看出，物体在液体中受到的浮力只与排开液体的重力（即 ρ液 gV排）有关，或者说与液体的密度和排开液体的体积有关，而与物体的重力、质量、体积、密度均无关。 第 2 节 阿基米德原理 -6- 例 2 如图所示，把一个边长为 10 cm 的正方体木块放入水中，静止时，木块有 的体积浸入水中，此时木块受到的浮力是 ________ N，木块下表面受到的水的压强是 __________ Pa（g 取 10 N/kg）。 解析：木块的体积 a3=（0.1 m）3=10-3 m3，木块排开水 的体积 V 排= ×10-3 m3=0.6×10-3 m3，木块受到 的浮力 F 浮=ρ水 gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.6×10-3 m3=6 N； 木块浸入水中的深度 h= a= ×0.1 m= 0.06 m，木块下表面受到的水的压强 p=ρ水gh= 1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.06 m=600 Pa。 答案：6 600 典题精析 第 2 节 阿基米德原理 -7- ■易错点 浮力大小及其变化的判断 [易错分析] 例 （自贡中考）如图所示，一个边长为 10 cm 的正方体竖直悬浮在某液体中，上表面受到液体的压力 F1 为 5 N，下表面受到液体的压力 F2 为 13 N （g 取 10 N/kg）。 下列说法错误的是 （ ） A． 正方体受到的浮力为 8 N B． 液体的密度为 0.8×103 kg/m3 C． 正方体上表面到液面的距离 h＝5 cm D． 液体对物体下表面的压强为 1.3×103 Pa 第 2 节 阿基米德原理 -8- 解析：由浮力产生的原因可得，正方体受到的浮力 F 浮＝F2-F1＝13 N-5 N＝8 N，故 A 正确；正方体浸没时排开液体的体积和自身的体积相等，则 V 排＝ V＝L3＝（10 cm）3＝1000 cm3＝1×10-3 m3，由 F 浮＝ρgV 排可得， 液体的密度 ρ= =0.8×103 kg/m3，故 B 正确；正方体下表面的面积 S＝L2＝ （10 cm）2＝100 cm2＝1×10-2 m2，液体对正方体下表面的压强：p= =1.3×103 Pa，故 D 正确； 由 p＝ρgh 可得，正方体下表面到液面的距离：h 下= =0.1625 m ＝16.25 cm，则正方体上表面到液面的距离：h＝h 下-L＝16.25 cm- 10 cm＝6.25 cm，故 C 错误。 第 2 节 阿基米德原理 -9- 答案：C 易错：B 或 D 错因：利用浮力公式计算相关物理量时计算错误。 易错警示：利用阿基米德原理 F浮=ρ液 gV排进行浮力大小的计算及浮力大小变化的判断时，要明确浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积这两个因素有关，而跟物体本身的体积、密度、形状、浸没在液体中的深度、在液体中是否运动、液体的多少等因素无关。但要注意 ρ液和V排 有时是变化的，根据 ρ液和 V排的变化，我们可以判断出所受浮力的变化情况。 第 2 节 阿基米德原理 -10- ■题型一 探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系 [题型探究] 例 1 （河南中考）某实验小组利用弹簧测力计、 小石块、溢水杯等器材，按照如图所示的步骤，探究 浮力的大小与排开液体所受重力的关系。 第 2 节 阿基米德原理 -11- （1）先用弹簧测力计分别测出空桶和石块的重力，其中石块的重力大小为 ________ N。 （2）把石块浸没在盛满水的溢水杯中，石块受到的浮力大小为 _______ N。 石块排开的水所受的重力可由 ________（填字母代号）两个步骤测出。 （3）由以上步骤可初步得出结论：浸在水中的 物体所受浮力的大小等于 ___________________。 （4）为了得到更普遍的结论，下列继续进行的操作中不合理的是 ________。 A． 用原来的方案和器材多次测量取平均值 B． 用原来的方案将水换成酒精进行实验 C． 用原来的方案将石块换成体积与其不同的铁块进行实验 （5）另一实验小组在步骤 C 的操作中，只将石块的一部分浸在水中，其他步骤操作正确，则 ____ （选填“能”或“不能”）得到与（3）相同的结论。 第 2 节 阿基米德原理 -12- 解析：（1）由图 B 可知，弹簧测力计的示数为 3.8 N，即物体对弹簧测力计的拉力为 3.8 N，因为物体间力的作用是相互的，弹簧测力计对物体的拉力也为 3.8 N；因为物体处于平衡状态，受到的拉力和重力是一对平衡力，大小相等，故物体的重力是 3.8 N。 （2）由称重法知：F 浮＝G-F 示＝3.8 N-2.4 N＝1.4 N；液体与桶的总重力与桶的重力之差是物体排开液体的重力，可由图中 A、D 两个步骤测出。 （3）根据（2）知 F 浮＝1.4 N；排开液体的重力：G 排＝ F 桶和水-F 桶＝2.6 N-1.2 N＝1.4 N，故可以得出浸在水中的物体所受浮力的大小等于排开水所受的重力，即 F 浮＝G 排。 （4）本实验“探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系”属于探究性实验，多次测量找普遍规律。测量型实验可多次测量取平均值减小误差，此 实验为探究型实验，不能求平均值，故 A 不合理； 用原来的方案将水换成酒精进行多次实验，找出普遍规律，故 B 合理；用原来的方案将石块换成体积与其不同的铁块进行实验，找出普遍规律，故 C 合理。 第 2 节 阿基米德原理 -13- （5）只将石块的一部分浸入水中，排开水的体积减小，排开水的重力减小，浮力减小，仍能得出F 浮＝G 排。 答案：（1）3.8 （2）1.4 A、D （3）排开水所受的重力 （4）A （5）能 题型解法：在进行实验探究时，要注意测量物理量的顺序，即先测物体的重力，再测物体浸没在水中后弹簧测力计的拉力，先测空小桶的重力，再测小桶和排开水的总重力。要明确所要研究的两个力之间的关系，即研究物体所受浮力的大小和它排开的液体所受重力的大小关系。要注意操作的细节，诸如溢水杯中的水的液面必须至溢水口，这样溢出的水的体积才等于物体排开水的体积； 同时要保证物体排开的水全部流入小桶中， 才会有物体所受的浮力等于小桶中的水所受的重力。 第 2 节 阿基米德原理 -14- ■题型二 有关浮力的计算 例 2 （兰州中考）如图甲所示，某科技小组的同学用弹簧测力计悬挂一实心圆柱形金属块，使其缓慢匀速下降，并将其浸入平静的游泳池水中，弹 簧测力计的示数 F 与金属块下底面下降高度 h 的变化关系如图乙所示，忽略金属块浸入水中时池水液面高度的变化，g 取 10 N/kg，则下列说法中正确 的是 （ ） A． 金属块所受重力大小为 26 N B． 金属块的密度为 2.3×103 kg/m3 C． 金属块完全浸没在水中时所受浮力的大小为 26 N D． 金属块恰好完全浸没时， 金属块下底面所受水的压强为 5×103 Pa。 第 2 节 阿基米德原理 -15- 第 2 节 阿基米德原理 -16- 解析：由图象可知，当 h＝0 时，弹簧测力计的示数为 46 N，此时金属块处于空气中，根据二力平衡条件可知，金属块的重力：G＝F 拉 1＝46 N，故 A 错误； 金属块的质量：m= =4.6 kg，由图象可知，当 h＝50 cm 之后，弹簧测力计示数不变，金属块浸没水中，受到的浮力：F 浮＝G-F 拉 2＝46 N-26 N＝ 20 N；由 F 浮＝ρ 液 gV 排可得金属块体积：V＝V 排= =2×10-3 m3，金属块的密度：ρ= =2.3×103 kg/m3，故 B 正确，C 错误；金属块刚浸没时下底面距水面距离：h＝50 cm- 30 cm＝20 cm＝0.2 m，金属块下底面受到水的压强： p＝ρ水 gh＝1×103 kg/m3×10 N/kg×0.2 m＝2×103 Pa，故 D 错误。 第 2 节 阿基米德原理 -17- 答案：B 题型解法：根据阿基米德原理，物体受到的浮力等于物体排开的液体所受的重力；根据 Ｆ浮＝Ｇ排 的变形式，结合质量、密度和体积的关系，也可以 利用浮力求物体的密度。 1. 探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系 （1）过程：先用弹簧测力计测量出 ______ 和 ______ 的重力；再测量出物体完全浸没后弹簧测力计的示数；最后再测量出 ____________。 （2）结论：浸在液体中的物体所受的浮力 ______ 它排开的液体所受的重力。 2. 阿基米德原理 （1）内容：浸在液体中的物体受到向 ______ 的浮力，浮力的大小 ______ 它排开的液体所受的重力。 （2）表达式：F 浮= ______= m 排 g=______。 注意：V 物表示物体的体积，V 排表示物体排开液体的体积，物体浸没在液体中时，V 排=V 物；物体部分浸入液体时，V 排<V 物。 -1- 10.2 阿基米德原理 ▍课前预习/新知导引 10.2 阿基米德原理 -2- ■考点 1 探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系 1. 为了探究浸在液体中的物体所受的浮力跟它排开液体所受的重力的关系，你觉得合理的实验顺序是_______________。 甲． 测出实心合金块所受的重力 乙． 把合金块浸没在装满水的溢水杯中，测出合金块所受的浮力，用桶收集合金块排开的水 丙． 测出桶和排开的水所受的重力 丁． 测出空桶所受的重力 ▍考点集训/夯实基础 2. 在研究物体所受浮力大小的实验中，某同学依次进行了如图 a、b、c、d 四次测量。能够证实物体在液体中受到浮力的是 ______ 和 _____ 两个图的两次测量；能够求得物体排开的液体所受重力的是____ 图和 ______ 图的两次测量；能够证实物体所受浮力等于物体排开的液体所受的重力的是 ______ 两图和 ________ 两图的两组测量数据。 （第 2 题图） -3- 10.2 阿基米德原理 ■考点 2 阿基米德原理 3. 将一个小球分别浸没在大小不同的两个盛水容器里，如图所示，比较小球受到的浮力可知 （ ） A． 小球在两容器里受到水的浮力一样大 B． 小球在大容器里受到水的浮力大 C． 小球在小容器里受到水的浮力大 D． 无法判断 （第 3 题图） -4- 10.2 阿基米德原理 4. 一空心金属球的体积为 1.5 dm3，若把它轻轻放入足够大且装满了水的容器里，静止后该金属球有 的体积露出水面，则金属球受到的浮力大小为（g 取 10 N/kg） （ ） A. 15 N B. 10 N C. 5 N D. 无法确定 5.（教材 P56，T4 改编）在弹簧测力计下悬挂一个金属零件，测力计的示数是 7.5 N。把零件浸入密度为 0.8× 103 kg/m3 的液体中，当零件 的体积露出液面时，测力计的示数是 6 N，则金属块的体积是（g 取 10 N/kg） （ ） A． 2×10-4 m3 B． 2.5×10-4 m3 C． 6×10-4 m3 D． 7.5×10-4 m3 -5- 10.2 阿基米德原理 1.（1）物体 空小桶 小桶和物体排开水所受的总重力 （2）等于 2.（1）上 等于 （2）G 排 ρ 液 gV 排 -4- 第十章 浮 力 ▍课前预习/新知导引 10.2 阿基米德原理 第十章 浮 力 -5- 1. 甲丁乙丙 2. a c b d a、c b、d 3. A 提示：同一个小球浸没在大小不同的盛水容器中，说明液体的密度和排开液体的体积相等，根据阿基米德原理 F 浮=ρ 液 gV 排，可知小球受到的浮力一样大。 4. B 提示：F 浮=ρ 水 gV 排=1.0×103 kg/m3×10N/kg×（１－ ）×1.5×10-3 m3=10 N。 5. B 提示：金属零件所受的浮力：F 浮 =G- F 示=7.5 N-6 N=1.5 N， 由 F 浮=ρ 液 gV 排得排开液体的体积：V 排= =1.875×10-4 m3。由题知，零件 的体积露出液面，则 V排= （1- ）V= V，所以金属零件的体积：V= V 排 = × 1.875×10-4 m3=2.5×10-4 m3。 ▍考点集训/夯实基础 $$