第一章 第三节 水的浮力(1)浮力的概念与阿基米德原理-【拓展与培优】2024-2025学年八年级上册科学（浙教版）

拓展与培优 第三节 水的浮力(1)— 浮力的概念与阿基米德原理 思维点击 一、“重力差法”体验浮力 将一物体挂在弹簧测力计下，分别在空气中和浸在水中测量，两次的数值不同，可体验浮力的存在。同 时这也是测量浮力大小的方法之一。 二、浮力的概念 (1)定义：浸没或部分浸在液体和气体中的物体，受到液体和气体对它向上托的力叫作浮力。 (2)施力物体与受力物体：浮力的施力物体是液体（或气体），受力物体是浸入液体（或气体）中的物体。 (3)方向：浮力的方向总是竖直向上的。 【拓展】产生浮力的物体必须是液体和气体，它们也可称为流体，而固体是不可能产生浮力的，因为固体 不具有流动性。受到浮力作用的物体可以是固体，也可以是液体和气体。 由于浮力是物体之间的相互作用，受到浮力作用的物体也会对产生浮力的液体和气体有一个向下压的 作用，这个向下压的作用不是浮力，而是浮力的反作用力。 例】小昕在生活中发现木块总浮在水面，铁块却沉入水底，因此他提出两个问题： 问题1：浸人水中的铁块是否受到浮力？ 问题2：浮力大小与哪些因素有关？ 为此他做了进一步的猜想，设计并完成了如图所示实验， (1)(b)、(c)图中弹簧测力计示数均小于(a)图中弹簧测力计示数，说明浸人水中的铁块 (选填 “受到”或“不受到”)浮力。 (2)做 (选填字母)两次实验，是为了探究铁块浸没在水中时所受浮力大小与深度是否有关。 (3)做(d)、(e)两次实验，是为了探究浮力大小与 的关系 浓盐水 供块 (a) (b) (c) (d) (e】 分析：(1)物体在水中时受到水向上托的力，因此示数会变小。 (2)研究浮力与深度的关系时，应保持V#和P线不变，改变深度。 (3)在V排不变时，改变P线，发现浮力大小改变，说明浮力大小与P骥有关。 变式训练1两个物体分别挂在弹簧测力计上，将它们同时浸没到水中，发现两个弹簧测力计的示数不为 零，但减小值相同。由此可以判断 () A.两个物体一定处在液体中相同深度 B.两物体所受的浮力相同 C.在水中时，弹簧测力计示数是相同的 D.在空气中，弹簧测力计示数是相同的 三、阿基米德原理 (1)原理内容：浸在液体里的物体受到液体竖直向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。 (2)公式：F详=G#=mg=P精gV,式中P雕表示液体的密度，Vm是被物体排开的液体的体积。 四、阿基米德原理的应用要点 (1)阿基米德原理既适用于液体也适用于气体，在使用公式时一定要注意各物理量的单位。 (2)公式所求得的是物体排开的液体所受的重力，而不是物体的重力。 科学八年级上册 (3)原理中所说的“浸在液体里的物体”包含两种状态：一是物体的全部体积都浸入液体里，即物体浸没 在液体里：二是物体的一部分体积浸入液体里，另一部分露在液面以上。V,是表示被物体排开的液体的体 积，当物体全部浸没在液体里时，V:一V:当物体只有一部分浸入液体里时，则V<V物。 (4)由Fm=G一P3Vm可以看出，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、在液体中的深度，液体的多少等因素无关。 五、实验法探究阿基米德原理 探究阿基米德原理的实验，就是探究“浮力大小等于什么”的实验，结论是浮力的大小等于物体排开液 体所受的重力。实验时，用重力差法求出物体所受浮力大小，用弹簧测力计测出排开液体重力的大小，最后 把浮力与排开液体的重力相比较。实验过程中注意溢水杯中的液体达到溢口，以保证物体排开的液体全部 流入小桶。 例2在探究“浮力大小等于什么”的实验中，小昕同学的一次操作过程如图所示。 (1)测出铁块所受到的重力G:: (2)将水倒入溢水杯中： (3)把铁块浸人溢水杯中，读出弹簧测力计示数F, (4)测出小桶和被排开水的总重力G: (5)记录分析数据，归纳总结实验结论，整理器材。 分析评估小昕的实验，指出存在的问题并改正。 分析：在探究“浮力大小等于什么”的实脸中，探究的结论是浮力的大小等于物体排开的液体所受到的 重力，所以实脸时，需要用弹簧测力计测出铁块受到的浮力和它排开水的重力进行比较得出结论，因此实脸···· 过程中需要测空小桶的重力G,并且将溢水杯中的水加至溢水口处。 例3如图甲所示，长方体金属块在细绳竖直向上拉力作用下从水中开始一直竖直向上做匀速直线运 动，上升到离水面一定的高度处。图乙是绳子拉力F随时间1变化的图像，根据图像信息，解答下列问题： EN /牛 54 8 专附商/秒 公 (1)该金属块重力为 N (2)浸没在水中的金属块受到的浮力大小是 N (3)该金属块的密度是 kgm,(g=10Nkg） (4)请你在丙图中画出金属块受到的浮力随时间的变化情况图，并说出各时间段变化情况的理由。 分析：(1)当金属块完全露出液面，没有浸入水中时，金属块不受浮力，此时拉力等于重力，即为图中的： CD段，从图可知，该金属块重力为：G=Fn=54N。 (2)当金属块未露出液面时，即为图中的AB段，从图可知，此时绳子的拉力为Fa=34N,则金属块受 到的浮力大小为：F年=G一F=54N一34N=20N. (3):F年=p*gV4· F年 V传= 20N 1.0X10 kg/mX10 N/kg =2×10-3m .金属块排开水的体积V每=2×10-3m'。 9 @ 拓展与培优 又”浸没， ∴.金属块的体积V±=Ve=2X103m 又G=mg, G 54N :金属块的质量为：m生一g0Nkg 5.4kg m5.4kg ∴金属块的密度为：p*一V安2×10m =2.7×102kg'm (4)￥/牛 04专专时间/移 在0一1时，由于金偏块始终浸没在水中，排开水的体积不变，因此浮力保持不变。在11一12时，金属块 逐渐露出水面，排开水的体积减小，因此浮力逐渐减小。在1：一1：时，金属块完全露出水而，不受水的浮力 作用，为0。 变式训练2某地在江面上修建一座大桥，如图中甲是使用吊车向江底投放长方体石料的示意图。在整个 投放过程中，石料以恒定速度下降。乙是钢绳的拉力F随时间：变化的图像（从开始投放到石料刚好接触 湖底前)。t=0时，吊车开始下放石料，忽略水的摩擦阻力，则下列说法错误的是 F/N 90D 甲 A.石料在1=20s时开始浸入水中 B.石料的重力是1400N C.石料受到的浮力始终是500N D.石料完全浸没水中后钢绳的拉力为900N 3.三个体积相同的物体，如图所示，同时放在 巩固练习 水中，请比较三个物体所受的浮力情况 () A组 1,如图，把同一金属块用线吊着浸入水中的情 况，哪一种情况，线对金属块的拉力最大 ( A.A的浮力最大 B.A,B浮力一样大 C.C的浮力最小 D.B,C浮力一样大 4.小明学了浮力的知识后，为验证物体在水中 浮力的变化，他将空矿泉水瓶慢慢压入水中，直到 完全浸没。下列对矿泉水瓶受到的浮力分析不正 确的是 () C D 2.浸在液体中的物体如果受到浮力的作用，那 A.矿泉水瓶受到水对它的浮力 么施力物体是 B.浮力的方向竖直向上 A.液体 C.排开水的体积越大，受到的浮力越大 D.浸没后，压入越深，受到的浮力越大 B.地球 5.在浅海中潜入海底观光是人们旅游休闲的 C.盛液体的容器 方式之一。人从水下2m继续下潜的过程中，他受 D.物体本身 到海水的浮力和压强变化的情况是 10 科学 八年级上册 A.压强逐渐变小 (2)该同学实验步骤如图： B.压强逐渐变大 C.浮力逐渐变小 利泉水 D.浮力逐渐变大 铁丝 6.2011年大运会于8月12日在深圳开幕。从 运动员成绩来看，不同肤色的人在不同运动项目上 各具优势，比如黑种人在田径项目上具有明显优 A B 势，但在游泳池里却很少看到他们的身影。黑人的 骨骼更加密实而脂肪的比例相对较小，这使得黑人 的身体平均密度 (选填“较大”或“较小”)， 因此在游泳中，黑人需付出更大的力气才能使身体 (选填“下沉”或“上浮”)。在比赛中某国 家的黑人选手体积是80dm',他在游泳时受到的 C D 最大浮力是 N。(g=10N/kg) A.剪去大饮料瓶底，穿一根铁丝，用弹簧测力 7.如图，某物块用细线系在弹簧测力计下，在 计测出大饮料瓶的重力G1: 空气中称时示数是15N,浸没在水中称时示数是5 B.在小矿泉水瓶的侧壁开一小孔，插入一根饮 N,则此时物块受到水的浮力为 N,物块的 料管，用蜡密封好缝隙。再将大饮料瓶和矿泉水瓶 密度为 kg/m。(水的密度为1.0×10kg/ 用一根铁丝穿在一起： m) C.往矿泉水瓶中加水，直到水面刚好和小孔相 平。将金属块完全浸入水中，读出弹簧测力计的示 数F: 15N D.测出带有水的大饮料瓶的重力G: E.分析数据，归纳总结实验结论，整理器材。 (a)上述实验步骤中缺少一步，请补充完整。 8.用弹簧测力计吊着重力为10牛的金属块浸人 (b)需要如何处理实验数据才能验证阿基米德 水中，如果金属块的一半体积浸入水中，这时弹簧测 原理？ 力计的示数为8牛，此时金属块受到水的浮力大小为 牛。如果将金属块全部浸没水中（金属块不 接触容器底部)，则金属块所受浮力大小为 10.小明用相同的砝码做“力的测量”实验，弹 牛，这时弹簧测力计的示数为 牛。 簧伸长量和砝码个数的关系如图甲。若将悬挂的 B组 砝码浸在如图乙的水中，再重复上述实验，所得关 9,某同学想通过实验来验证阿基米德原理。 系图可能是下列哪个图 以下是他的实验过程： 弹 (1)将矿泉水瓶的底部切除掉，在乒乓球上粘 上一根黑线，穿过带小孔的瓶盖，黑线另一端系一 颗不太重的螺丝。用图甲和图乙做两次实验，加水 246810 后均发现乒乓球慢慢上浮。此实验说明浮力的方 砝码个数 向是 的。 4 长量 3 0 246810 246810 砖码个数 陆码个数 A 甲 拓展与培优 金属球浸人水中深度h的关系的是 长 伸长量 46810 246810 砝码个数 砝码个数 D 11.小华用如图所示的实验，探究影响浮力大 小的因素。 14.小晨设计了一个实验，用排水法测某实心 金属块的密度。实险器材有小空简，溢水杯，烧杯、 量简和水。实验步骤如下： ①让小空筒漂浮在盛满水的溢水杯中，如图甲： 沼精 4812 ②将金属块浸没在水中，测得溢出水的体积为 (1)小华进行甲、乙两步的实验目的是 20毫升，如图乙： ,他想研究浸在液体中的物体受到浮力 ③将烧杯中20毫升水倒掉，从水中取出金属 块，如图丙： 大小是否与液体密度有关，应选择 两图。 (2)小华研究浮力大小与深度的关系时，根据 测得的实验数据，做出了弹簧测力计的示数F与物 体下表面所处深度方的关系的图像，如图所示。根 据图像可以判断出，此实验过程中浮力的变化 20m 图甲 图乙 情况是 (3)利用小华研究的实验数据，可知实验中所 用物体的密度是 441m 12.一同学在岸上最多只能搬得起质量是30kg 图丙 图丁 的鹅卵石，如果鹅卵石的密度是2.5×103kgm,则 ①将金属块放人小空简，小空简仍漂浮在水 该同学在水中最多能搬得起质量是 kg的鹅 面，测得此时溢出水的体积为44毫升，如图丁。 卵石（石头不露出水面），这时石头受到的浮力是 请回答下列问题： N。(g取10Nkg,水的密度是1×10kg/m) (1)被测金属块的密度是 克/厘米。 C组 (2)在实验步骤③和④中，将沾有水的金属块 13.将一半径为R的实心金属球，用细线拉着， 放入小空筒，测出的金属块密度将 (选填 匀速缓慢地放人水深为2R的盛水容器中，直至容 “偏大”“不变”或“偏小”)。 器底部，水未溢出。下图能反映金属球从水面刚接 触处开始至容器底部过程中，所受浮力的大小F与 12拓展与培优科学八年级上册浙江教育教材适用 参芳答案 第一章水和水的溶液 第三节水的浮力(1) 浮力的概念与阿基米德原理 第一节地球上的水 例1见分析 例1(1)受到(2)(c)、(d)(3)液体密度 例2(1)A:水汽蒸发B:水汽输送C:陆地降水 变式训练1B D:下渗作用E:地表径流(2)地表径流。如：修 例2存在的问题： 建水库、引水灌溉、跨流域调水（如南水北调）。 (1)没有测空小桶的重力(2)澄水杯的水量 例3见分析 不足 巩固练习 改正：(1)测空小桶的重力G(2)将溢水杯中 A组 的水加至滋水口处 1.B2.A3.B4.D5.B6.(1)降水蒸 例3(1)54(2)20(3)2.7×101(4)见分析 发蒸腾水汽输送地表径流(2)太阳能（或太 变式训练2C 阳)淡水 (3)大于 污染（破坏） 巩固练习 B组 A组 7.A8.(1)降水地表径流(2)海陆间水循 1.C2.A3.D4.D5.B6.较大上浮 环(3)太阳辐射9.(1)汽化液化(2)金属盘上 8007.101.5×103 面加冰块 8.246解析：F#=G-F=10N一8N C组 2N:金属块全部浸没在水中后，V#变为原来的？ 10.(1》水由液态变为气态，再由气态变为液态 倍，根据F年=P线gV。可知F#增大为原来的2倍， 物理变化(2)①蒸发此液体，没有食盐析出②称 变为4N:此时弹簧测力计的示数F'=G一F,=10 量等体积的海水和此液休，此液体质量小 N-4 N-6N. B组 第二节水的组成 9.(1)竖直向上(2)()用弹簧测力计测出金属 例(1)a为电源正极，b为电源负极。 (2)现象为 块在空气中的重力G:(b)比较G,一F是否等于 火柴燃烧的更旺：说明B具有助燃性。 (3)可用排 G:一G10.B11.(1)证明物体在水中受到浮力 水法：利用了它们不易溶于水的性质。 (4)分别为 乙、丙(2)物体没浸没时，深度越深，浮力越大。物体 2:1,2；1 完全浸没时，深度越深，浮力不变(3)3×103kg/ 巩固练习 或3g/cm12.50200 A组 C组 1.B2.D3.D4.B5.C6.A7.C 13.C解析：匀速放入水中的时候，沉入水中的 8.A9.D10.D11.C12.②③④①@ 深度变化也是匀速的，但是球面的对应半径先变大再 13.Q)氢气氧气(2)水道直流电氢气十氧气 变小，所以球排开水的体积的增加速度先变快，再变 (3)氢和氧(4)导电性 慢，所以所受浮力增长速度也有同样的规律。表现在 B组 曲线中是斜来先变大再变小，最后完全沉入水中后就 14.B15.A16.B17.(1)甲的装置简单 不变了，又因为金属是球形，所以曲线也应该是平滑 (2)乙装置检验产物方便18.(1)氢气(2)氧气 的，只有选项C符合题意。 (3)氧气为3mL时，氧气与氢气恰好完全反应生成 14.(1)3.2(2)不变 水，剩余气体的体积为0解析：反应的袁达式为氢 第三节 水的浮力(2)—物体浮沉条件 气十氧气感整水，从图中可以看出：每增加1ml,的氧 例1B 例2(1)<= (2)< 气，氢气则减少2ml,当氧气体积小于3ml.时，氢 气有剩余：当氧气体积为3mL时，两者完全反应：氧 变式训练水银煤油 例3D 气的体积大于3mI,时，氨气完全反应，有氧气剩余 巩固练习 故实载部分表示有氢气刺余：实钱与虚线的交点[坐 标为(3,0)]为两者恰好完全反应：虚线部分表示氧气 A组 剩余。 1.A2.C3.A4.D5.B6.A7.C 8.D9.A10.大于小于11.4.9变小不变 19.(1)氢气用带火星的木条检验，若复燃，证 明气体是氧气(2)氧气在水中的溶解性大于氢气 12.(1)<(2)=(3)> B组 (3)5 13.A14.C15.A16.C17.变大C C组 20.(1)B(2)大 18.4：56:519.=< C组 20.D21.B22.(1)9900900(2)漂浮 (3)沉底< 1