内容正文:
10.1浮力
•知识点1 浮力的方向及产生原因
•知识点2 称重法测量浮力
•知识点3 探究影响浮力大小的因素
•作业 巩固训练
探究液体压强的实验
知识点1
知识点一、浮力
1.感受浮力
图示
现象
原因
结论
放飞的氢气球飞向高空
在空气中的氢气球受到空气对其向上托举的力
浸没在液体或气体中的物体会受到液体或气体对其向上托的力
轮船在海面上航行
漂浮在海水中的轮船受到海水对其向上托的力
在水中搬石头感觉轻一些
浸没在水中的石头受到水对其向上托的力
2.浮力的定义:浸在液体(或气体)中的物体受到竖直向上的力,这个力叫做浮力。
注意:“浸在”包括“部分浸入”和“全部浸入(即浸没)”两种情况,也就是说浸没在液体内部和浮在液体表面的物体都受到浮力的作用。
3.浮力的方向:竖直向上。
无论物体的形状如何、是否运动,也无论液体(静止的液体)如何放置,浸在液体中的物体受到的浮力的方向总是竖直向上的。
4.浮力的施力物体与施力物体
(1)浮力的施力物体:液体(或气体)。
(2)浮力的受力物体:浸在液体(或气体)中的物体。
5.浮力产生的原因
我们以浸在液体中的长方体为研究对象探究浮力产生的原因。浸没在液体中的长方体的六个面分别受到液体对其的压力,如表所示。
位置
深度
压强
压力
图示
前、后六个面
相等
相等
F向后、F向前是一对平衡力,合力为零
左、右六个面
相等
相等
F向左、F向右是一对平衡力,合力为零
上、下两个面
上表面深度小于下表面深度
上表面所受压强小于下表面所受压强
F向下(F1)<F向上(F2)
F浮=F向上-F向下
【总结归纳】浮力是因液体(或气体)对物体上、下表面压力不同产生的。
教材深挖
不是所有浸在液体中的物体都受到浮力作用
若浸在液体中的柱状物体下表面和容器底部紧密接触(接触面间没有液体浸润),则液体对物体向上的压力F向上为零,物体将不受浮力作用。如图所示,和容器底紧密接触的蜡块、浸入河底的桥墩,都不受浮力作用。
【典例1-1】如图所示,A、B是自由移动的物体,C、D是容器自身凸起的一部分,现往容器里注入一些水。则一定不受浮力的是( )。
A.A B.B C.C D.D
【典例1-2】(2023湖南永州期末)下列事实中没有受到浮力作用的物体有 ( )
A.浮在死海上读书的人
B.从水里升起的乒乓球
C.抛入水中正在快速下沉的石块
D.太空中的宇宙飞船
【变式1-1】(2022秋·北京房山·八年级统考期末)如图所示,长方体M悬浮在水中。下列说法正确的是( )
A.M上表面受到的压力等于下表面受到的压力
B.M上表面受到的压力大于下表面受到的压力
C.M受到的浮力等于M下表面受到水向上的压力
D.M受到的重力等于M上下表面受到水的压力差
【变式1-2】一个氢气球被风吹向一边,对于此气球所受浮力的示意图,正确的是( )。
A. B. C. D.
称重法测量浮力
知识点2
知识点2 浮力的测量-称重法
(1)称重法测浮力的原理
将物体浸在液体中静止时,对物体进行受力分析,如图所示,弹簧测力计拉力为F´,物体重力为G,则F浮=G-F´。因此,只要测出物体的重力G和物体浸在液体中时弹簧测力计的示数F´,即可由F浮=G-F´求出物体在液体中时所受浮力的大小。
(2)称重法测浮力的步骤
①用弹簧测力计测出物体的重力G;
②将挂在弹簧测力计下的物体浸在液体中,读出弹簧测力计的示数F´;
③物体在液体中所受浮力F浮=G-F´。
注意:步骤①②若颠倒,会因物体沾带液体而产生误差。
【典例2-1】(2022春·福建三明·八年级统考期中)小明用弹簧测力计测量一个苹果的重力,示数如图所示,再将这个苹果部分浸入水中,此时弹簧测力计的示数为1.0N,则苹果所受的浮力为( )
A.1.0N B.1.2N C.0.4N D.2.4N
【典例3-2】(2022·四川成都·中考真题)“奋斗者”号深潜器坐底10909米,创造了中国载人深潜新记录。喜欢动手的小文制作了一个深潜器模型,用弹簧测力计测量它受到的浮力。先测出它的重力为G,然后将模型浸没于水中静止(如图所示),弹簧测力计受到的拉力为F,棋型所受的浮力为F浮。则下列说法正确的是( )
A.拉力F与重力G是一对平衡力 B.模型所受浮力大小F浮=G-F
C.模型从图示位置下移,浮力变大 D.将模型逐渐提离水面,拉力不变
【变式3-1】【教材P50图片变式】如图所示,小李同学在做用称重法测量浮力的实验时,依次做了如图所示的操作。观察并分别比较图中有关数据可知,物体的重力是 N,当物体浸没在水中时,受到的浮力为 N,当物体浸没在酒精中时,受到的浮力为 N。
【变式3-2】在弹簧测力计下挂一重物,当重物浸没在某液体中,弹簧测力计上的读数表示( )
A.物体所受的重力
B.物体所受的浮力
C.物体在液体中失去的重力
D.物体所受重力与浮力之差
探究影响浮力大小的因素
知识点3
1.实验探究:浮力的大小跟哪些因素有关
提出问题
浮力的大小跟哪些因素有关?
猜想与假设
(1)游泳池里越往深水区走,所受的浮力越大,由此猜想:浮力的大小可能与物体浸在液体中的体积或浸没深度有关;
(2)鸡蛋在纯水中会下沉,但在浓盐水中却能漂浮,由此猜想:浮力大小可能与液体的密度有关;
(3)木头在水中漂浮,但铁块在水中下沉,由此猜想:浮力的大小可能与浸没在液体中的物体密度有关
进行实验
实验目的
变量控制
图示
现象及分析
探究结论
探究浮力的大小与物体浸没深度的关系
同一物体浸在同一液体中,物体浸没的深度不同
乙、丙两种情况下弹簧测力计的示数相同,即浮力相同
浮力的大小与物体浸没在液体中的深度无关
探究浮力的大小与物体浸入液体的体积的关系
液体的密度相同,同一物体浸入液体的体积不同
乙、丙两种情况下弹簧测力计示数不同,即浮力不同,F1>F2
物体受到的浮力与物体浸入液体的体积有关
探究浮力的大小与液体密度的关系
同一物体浸在液体中的体积相同,液体密度不同
乙、丙两种情况下弹簧测力计的示数不同,即浮力不同,F2>F1
物体受到的浮力于液体的密度有关
探究浮力的大小与物体密度的关系
两个体积相同、质量不同的物体,浸入在同一液体中
甲、乙两种情况下弹簧测力计的示数差相同,即浮力相同
物体所受的浮力与物体的密度无关
探究归纳
浮力的大小只跟液体的密度和物体浸入液体的体积有关(与物体的形状、材料、浸没的深度、液体的多少无关)。在液体密度相同时,浸入液体的体积越大,物体受到的浮力越大;在浸入液体的体积相同时,液体的密度越大,物体受到的浮力越大。
2.实验中注意的问题
(1)在探究过程中,应注意沿竖直方向拉弹簧测力计,并且物体不能与容器底部或侧壁相接触;
(2)应等弹簧测力计示数稳定后再读数;
(3)实验时烧杯内的液体体积要适中,应以能浸没物体又不溢出为准;
(4)探究过程中,把物体浸入液体时要缓慢,以免溅出液体。
【典例2-1】(2023山东青岛市南一模)在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中,小明提出如下猜想:
猜想1:浮力的大小可能与排开液体的体积有关。
猜想2:浮力的大小可能与液体的密度有关。
猜想3:浮力的大小可能与物体的密度有关。
猜想4:浮力的大小可能与物体的形状有关。
(1)为了检验猜想1、猜想2和猜想3正确与否,小明用了体积相同的A、B两个不同密度的圆柱体,测得其重力分别为4.0 N和4.5 N,然后进行了如图甲所示的a、b、c、d四次实验。
①在序号a的实验中,圆柱体A所受的浮力为 N;比较序号a、b两次实验,可得出结论:浮力大小与 有关。
②比较序号b、c两次实验,可得出结论:浮力大小与物体密度 。
③比较序号b、 两次实验,可得出结论:浮力大小与液体密度有关。
(2)为了探究猜想4,小明用两块相同的橡皮泥分别捏成圆锥体和圆柱体进行如图乙所示的实验,由此小明得出结论:浮力的大小与物体的形状有关。你认为这个结论 (选填“可靠”或“不可靠”),主要原因是 。
【典例2-2】(2023江西永丰期中)如图所示,小聪用一个长方体铝块探究影响浮力大小的因素。他先后将该铝块平放、侧放和竖放,使其部分浸入同一杯水中,保证每次水面到达同一标记处,比较弹簧测力计的示数大小。该实验探究的是下列哪个因素对浮力大小的影响 ( )
A.液体的密度
B.物体的密度
C.物体排开液体的体积
D.物体浸入液体的深度
。
【变式2-1】(2023广东中考)在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中:
(1)观察弹簧测力计的零刻度线、 和分度值。弹簧测力计应在 (选填“竖直”或“水平”)方向上调零。
(2)如图甲所示,在弹簧测力计下悬挂一个高为6 cm的长方体物块(可塑),测出重力。将它缓慢浸入水中,记录悬停在A、B、C、D、E这五个位置弹簧测力计的示数和深度h。请根据实验数据,在图乙中画出物块所受浮力F浮随h变化的图象。
(3)分析图象可知:浸没前,h增加,F浮 ;浸没后,h增加,F浮 。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
(4)若把此物块捏成高为6 cm的圆锥体,重复上述实验。两次实验所得的F浮随h变化的图象 (选填“相同”或“不同”)。
(5)若继续探究浮力的大小与液体密度的关系,还需添加一种材料: 。
【变式2-2】(2022·四川宜宾·中考真题)如图甲,弹簧测力计下端用轻质细线系着不吸水的实心圆柱体,圆柱体没没在水中,不与容器壁、容器底接触,现将其以1cm/s的速度匀速拉出水面,弹簧测力计示数F随圆柱体上升时间的变化关系如图乙、水的密度是1.0×103kg/m3,g取10N/kg,圆柱体表面所沾水和细线体积均不计(忽略液面高度变化),下列说法正确的是( )
A.圆柱体的重力大小为2.0N
B.圆柱体在0~20s内,所受浮力一直减小
C.圆柱体的密度为5×103kg/m3
D.圆柱体上表面刚露出水面时,下表面受到水的压强为1000Pa
一、单选题
1.“上能九天揽月,下可五洋捉鳖”,下列研究对象的浮力消失的是( )。
A.地面课堂上压入水中的乒兵球;
B.太空空间站压入水中的乒兵球;
C.升上千米高空的热气球;
D.潜入万米海底的中国载人潜水器
2.如图,一个放在斜面上杯子里的铁球,所受到的浮力的方向为( )。
A.竖直向上 B.竖直向下 C.垂直于斜面向上 D.垂直于斜面向下
3.关于浮力,下列说法中正确的是( )
A.正在水中下沉的石头受到浮力的作用
B.浮力的方向不一定总是竖直向上
C.浮力的施力物体只能是液体
D.只有漂浮在水面的物体才受到浮力的作用
4.如图所示,装满水的烧杯放在盘子里,再把空易拉罐按入水中,感受到浮力的同时,会看到排开的水溢到盘子中,慢慢将易拉罐压入水中,体会浮力的大小并观察溢出水的多少。根据活动中的感受和观察,能够提出的最具探究价值的科学问题是( )
A.浮力的大小与物体排开液体的密度有什么关系
B.浮力的大小与浸入液体的物体形状有什么关系
C.浮力的大小与物体排开液体的体积有什么关系
D.浮力的大小与物体浸入液体的深度有什么关系
5.小陈泡脚时,双脚感受到水的浮力。不禁好奇,盆内起按摩作用的凸起物A、B(如图所示)是否也受浮力作用。则下列判断中正确的是( )。
A.A、B受到浮力作用;
B.A、B不受浮力作用;
C.A受浮力作用,B不受浮力作用;
D.A不受浮力作用,B受浮力作用
6.(2022春·山东青岛·八年级青岛大学附属中学校考期末)浸在水中的物体受到水的浮力的根本原因是( )
A.在水中,流速大的地方压强小,流速小的地方压强大
B.浮力与液体的重力有关
C.水的压强随深度的增加而增大,上下有压强差,有压力差
D.水对流时产生的向上的压力差
7.(2022春·福建泉州·八年级统考期末)2021年12月“天宫课堂”开讲,王亚平进行了太空授课。在太空中,乒乓球并没有像在地面一样浮在水面,而是停留在了水中,如图所示。则在太空中乒乓球( )
A.密度变小 B.浮力几乎消失
C.受到的水的压强变大 D.换成铁球,铁球会下沉
8.如图甲,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,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,则下列说法中错误的是(g取10N/kg)( )。
A.物体的重力是9N;
B.物体刚浸没时下表面受到水的压力时4N;
C.物体的体积是400cm3;
D.物体受到的最大浮力是5N
9.两个不同物体分别挂在弹簧测力计上,将他们同时浸没在水中,发现两个弹簧测力计的示数都不为零,但减少值相同,则( )
A.两个物体一定在水下同一深度 B.两个物体所受的浮力一定相同
C.两个物体的质量一定相同 D.在水中时,弹簧测力计示数相同
二、填空题
10.(2023·上海青浦·统考一模)重为5牛的物块,用细线挂在弹簧测力计下浸没在水中时,测力计的示数为3牛,则物块受到浮力的大小为________牛;增大物块浸没的深度,它受到浮力的大小将________,它受到水的压强大小将________。(后两空选填“变大”“不变”或“变小”)
11.弹簧测力计拉着一个长方体竖直浸没在水中的,其上表面受到水的压力为,下表面受到水的压力为,这个物体受到水的浮力为___________N,该长方体浸没时所受拉力如图所示,则该物体所受重力为___________N。
12.(春•百色期末)图中A、B都浸没于液体中,A与容器侧壁紧密接触,B与容器底紧密接触。则:A 浮力,B 浮力(填“受到”或者“不受到”)。
13.(2022·四川泸州·统考模拟预测)用一圆柱形容器盛水后放在水平地面上,用弹簧测力计竖直吊着重为15牛的实心物块A从图(a)所示位置开始缓慢浸入水中,最终物块A静止在图(b)示位置,弹簧测力计示数9牛。此过程中水对物体下表面的压力_____,容器对水平地面的压力_____(上述两空均选填“始终变大”、“先变大后不变”,“始终变小”或“先变小后不变”);最终物块A受到的浮力为_____牛。
14.(2022春·湖北武汉·八年级统考期中)弹簧测力计下悬挂一个圆柱体,在空气中称量时弹簧测力计的读数如图甲所示,把圆柱体浸在水中时,弹簧测力计示数如图乙所示,圆柱体浸在水中时所受的浮力为 _____N,若这个圆柱体上表面所受水的压力为5N,则其下表面所受水的压力为 _____N,方向是 _____。
三、作图题
15.【新独家原创】小龙在研学时捡到一块鹅卵石,清洗时发现鹅卵石下沉到容器底部,如图所示。已知该鹅卵石的质量为0.3 kg,容器底对其支持力为1 N,请作出鹅卵石此时所受浮力示意图。(g取10 N/kg)
四、实验题
16.(2023北京石景山一模,22,★☆☆)为了探究“浸在水中的圆柱体所受浮力大小跟其排开水的体积是否有关”,小明选用如图所示的圆柱体(ρ柱>ρ水)、调好的弹簧测力计和装有适量水的烧杯进行实验。
(1)以下是小明的部分实验步骤,请你帮他补充完整;
①将圆柱体挂在弹簧测力计下,静止时记录弹簧测力计示数为F1;
②将圆柱体下部的一格浸入水中,圆柱体不接触烧杯,静止时记录弹簧测力计的示数为F2;
③ , 静止时记录弹簧测力计的示数为F3。
(2)结合上述实验步骤及现象,分析说明如何判断浸在水中的圆柱体所受浮力大小跟其排开水的体积是否有关: 。
17.(2022春·江苏淮安·八年级统考期末)实验小组用如图甲所示的实验装置探究浮力的大小跟哪些因素有关。
(1)分析a、b、c三次实验可知:浸在液体中的物体受到浮力的大小与______有关;
(2)分析a、c、d三次实验可知:浸没在液体中的物体受到浮力的大小与浸没深度______;
(3)分析a、d、e三次实验,可知在物体排开液体的体积一定时,液体密度越大,物体受到的浮力______(选填“越大”或“越小”);
(4)由实验可知物体的重力是______N,物体浸没在水中时受到的浮力是______N;
(5)小明在进行d图实验时,保持物体所处的位置不变,缓慢向烧杯内加水(水未溢出),发现弹簧测力计的示数______(选填“增大”“减小”或“不变”)。
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10.1浮力
•知识点1 浮力的方向及产生原因
•知识点2 称重法测量浮力
•知识点3 探究影响浮力大小的因素
•作业 巩固训练
探究液体压强的实验
知识点1
知识点一、浮力
1.感受浮力
图示
现象
原因
结论
放飞的氢气球飞向高空
在空气中的氢气球受到空气对其向上托举的力
浸没在液体或气体中的物体会受到液体或气体对其向上托的力
轮船在海面上航行
漂浮在海水中的轮船受到海水对其向上托的力
在水中搬石头感觉轻一些
浸没在水中的石头受到水对其向上托的力
2.浮力的定义:浸在液体(或气体)中的物体受到竖直向上的力,这个力叫做浮力。
注意:“浸在”包括“部分浸入”和“全部浸入(即浸没)”两种情况,也就是说浸没在液体内部和浮在液体表面的物体都受到浮力的作用。
3.浮力的方向:竖直向上。
无论物体的形状如何、是否运动,也无论液体(静止的液体)如何放置,浸在液体中的物体受到的浮力的方向总是竖直向上的。
4.浮力的施力物体与施力物体
(1)浮力的施力物体:液体(或气体)。
(2)浮力的受力物体:浸在液体(或气体)中的物体。
5.浮力产生的原因
我们以浸在液体中的长方体为研究对象探究浮力产生的原因。浸没在液体中的长方体的六个面分别受到液体对其的压力,如表所示。
位置
深度
压强
压力
图示
前、后六个面
相等
相等
F向后、F向前是一对平衡力,合力为零
左、右六个面
相等
相等
F向左、F向右是一对平衡力,合力为零
上、下两个面
上表面深度小于下表面深度
上表面所受压强小于下表面所受压强
F向下(F1)<F向上(F2)
F浮=F向上-F向下
【总结归纳】浮力是因液体(或气体)对物体上、下表面压力不同产生的。
教材深挖
不是所有浸在液体中的物体都受到浮力作用
若浸在液体中的柱状物体下表面和容器底部紧密接触(接触面间没有液体浸润),则液体对物体向上的压力F向上为零,物体将不受浮力作用。如图所示,和容器底紧密接触的蜡块、浸入河底的桥墩,都不受浮力作用。
【典例1-1】如图所示,A、B是自由移动的物体,C、D是容器自身凸起的一部分,现往容器里注入一些水。则一定不受浮力的是( )。
A.A B.B C.C D.D
【答案】C。
【解析】AD.由图可知,水对A、D物体上、下表面都产生了压力差,故A、D物体都受浮力的作用,故AD不符合题意;
B.B物体上表面没有受到水的压力,但下表面受到水的压力,因此水对B物体上、下表面产生了向上的压力差,故B物体一定受浮力的作用,故B不符合题意;
C.C物体上表面受到水的压力,但下表面没有受到水的压力,因此水对C物体上、下表面没有产生向上的压力差,故C物体一定不受浮力的作用,故C符合题意。
故选C。
【典例1-2】(2023湖南永州期末)下列事实中没有受到浮力作用的物体有 ( )
A.浮在死海上读书的人
B.从水里升起的乒乓球
C.抛入水中正在快速下沉的石块
D.太空中的宇宙飞船
【答案】D
【解析】浮在死海上读书的人,从水里升起的乒乓球,抛入水中正在快速下沉的石块都受到水的浮力;而太空中没有空气,宇宙飞船不受浮力。
【变式1-1】(2022秋·北京房山·八年级统考期末)如图所示,长方体M悬浮在水中。下列说法正确的是( )
A.M上表面受到的压力等于下表面受到的压力
B.M上表面受到的压力大于下表面受到的压力
C.M受到的浮力等于M下表面受到水向上的压力
D.M受到的重力等于M上下表面受到水的压力差
【答案】D
【解析】AB.M的上下表面面积大小相等,但下表面所处的深度较深,根据公式p=pgh可得:下表面受到压强大于上表面受到的压强,结合F=pS,得出M上表面受到水的压力小于M下表面受到水的压力,故AB错误;
C.M受到的浮力是因为其上、下表面受到水对它的压力不同,M受到的浮力的大小等于M上下表面受到水的压力差,故C错误;
D.长方体M悬浮在水中,则浮力等于重力,M受到的浮力的大小等于M上下表面受到水的压力差,故M受到的重力也等于M上下表面受到水的压力差,故D正确。
故选D。
【变式1-2】一个氢气球被风吹向一边,对于此气球所受浮力的示意图,正确的是( )。
A. B. C. D.
【答案】B。
【解析】静止的气球受到竖直向上的浮力、竖直向下的重力、水平向左风的作用力以及沿绳子向下的拉力作用,但浮力的方向总是竖直向上的。
故选B。
称重法测量浮力
知识点2
知识点2 浮力的测量-称重法
(1)称重法测浮力的原理
将物体浸在液体中静止时,对物体进行受力分析,如图所示,弹簧测力计拉力为F´,物体重力为G,则F浮=G-F´。因此,只要测出物体的重力G和物体浸在液体中时弹簧测力计的示数F´,即可由F浮=G-F´求出物体在液体中时所受浮力的大小。
(2)称重法测浮力的步骤
①用弹簧测力计测出物体的重力G;
②将挂在弹簧测力计下的物体浸在液体中,读出弹簧测力计的示数F´;
③物体在液体中所受浮力F浮=G-F´。
注意:步骤①②若颠倒,会因物体沾带液体而产生误差。
【典例2-1】(2022春·福建三明·八年级统考期中)小明用弹簧测力计测量一个苹果的重力,示数如图所示,再将这个苹果部分浸入水中,此时弹簧测力计的示数为1.0N,则苹果所受的浮力为( )
A.1.0N B.1.2N C.0.4N D.2.4N
【答案】C
【解析】由图可知,弹簧测力计的分度值为0.2N,则其示数为1.4N,因此苹果的重力为1.4N,将这个苹果部分浸入水中,此时弹簧测力计的示数为1.0N,由称重法可知,苹果所受的浮力
故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
【典例3-2】(2022·四川成都·中考真题)“奋斗者”号深潜器坐底10909米,创造了中国载人深潜新记录。喜欢动手的小文制作了一个深潜器模型,用弹簧测力计测量它受到的浮力。先测出它的重力为G,然后将模型浸没于水中静止(如图所示),弹簧测力计受到的拉力为F,棋型所受的浮力为F浮。则下列说法正确的是( )
A.拉力F与重力G是一对平衡力 B.模型所受浮力大小F浮=G-F
C.模型从图示位置下移,浮力变大 D.将模型逐渐提离水面,拉力不变
【答案】B
【详解】AB.因为模型在水中处于静止状态,所以模型处于平衡状态,模型在水中受到竖直向上的拉力和浮力,竖直向下的重力,所以拉力F与重力G不是一对平衡力,拉力F和浮力F浮之和等于重力G,则F+F浮=G,所以F浮=G-F,故A错误,B正确;
C.模型从图示位置下移,仍然处于浸没状态,所以排开液体的体积不变,由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,液体密度不变时,模型所受浮力大小不变,故C错误;
D.将模型逐渐提离水面,模型排开液体的体积变小,由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,液体密度不变时,模型所受浮力变小,而模型重力不变,由F+F浮=G可知,拉力变大,故D错误。
故选B。
【变式3-1】【教材P50图片变式】如图所示,小李同学在做用称重法测量浮力的实验时,依次做了如图所示的操作。观察并分别比较图中有关数据可知,物体的重力是 N,当物体浸没在水中时,受到的浮力为 N,当物体浸没在酒精中时,受到的浮力为 N。
【答案】 4 0.8 0.6
【详解】 由图可知,当物体在空气中时,弹簧测力计示数为4 N,则物体的重力为4 N。当物体浸没在水中时,弹簧测力计的示数为3.2 N,则物体所受的浮力F浮水=G-F拉=4 N-3.2 N=0.8 N;当物体浸没在酒精中时,弹簧测力计的示数为3.4 N,则物体所受的浮力F浮酒精=G-F拉'=4 N-3.4 N=0.6 N。
【变式3-2】在弹簧测力计下挂一重物,当重物浸没在某液体中,弹簧测力计上的读数表示( )
A.物体所受的重力
B.物体所受的浮力
C.物体在液体中失去的重力
D.物体所受重力与浮力之差
【答案】D。
【解析】首先对重物受到的力进行分析,再根据力的平衡知识列出各力之间的数量关系,从而得出弹簧测力计拉力的大小。
分析重物受到的力(如图):
弹簧对它的向上的拉力F拉,水对它的向上的浮力F浮,地球对它的向下的重力G,
此时重物静止,根据力的平衡知识可知:F拉+F浮=G,
所以,F拉=G﹣F浮,即弹簧测力计上的读数表示物体所受重力与浮力之差。
故选:D。
探究影响浮力大小的因素
知识点3
1.实验探究:浮力的大小跟哪些因素有关
提出问题
浮力的大小跟哪些因素有关?
猜想与假设
(1)游泳池里越往深水区走,所受的浮力越大,由此猜想:浮力的大小可能与物体浸在液体中的体积或浸没深度有关;
(2)鸡蛋在纯水中会下沉,但在浓盐水中却能漂浮,由此猜想:浮力大小可能与液体的密度有关;
(3)木头在水中漂浮,但铁块在水中下沉,由此猜想:浮力的大小可能与浸没在液体中的物体密度有关
进行实验
实验目的
变量控制
图示
现象及分析
探究结论
探究浮力的大小与物体浸没深度的关系
同一物体浸在同一液体中,物体浸没的深度不同
乙、丙两种情况下弹簧测力计的示数相同,即浮力相同
浮力的大小与物体浸没在液体中的深度无关
探究浮力的大小与物体浸入液体的体积的关系
液体的密度相同,同一物体浸入液体的体积不同
乙、丙两种情况下弹簧测力计示数不同,即浮力不同,F1>F2
物体受到的浮力与物体浸入液体的体积有关
探究浮力的大小与液体密度的关系
同一物体浸在液体中的体积相同,液体密度不同
乙、丙两种情况下弹簧测力计的示数不同,即浮力不同,F2>F1
物体受到的浮力于液体的密度有关
探究浮力的大小与物体密度的关系
两个体积相同、质量不同的物体,浸入在同一液体中
甲、乙两种情况下弹簧测力计的示数差相同,即浮力相同
物体所受的浮力与物体的密度无关
探究归纳
浮力的大小只跟液体的密度和物体浸入液体的体积有关(与物体的形状、材料、浸没的深度、液体的多少无关)。在液体密度相同时,浸入液体的体积越大,物体受到的浮力越大;在浸入液体的体积相同时,液体的密度越大,物体受到的浮力越大。
2.实验中注意的问题
(1)在探究过程中,应注意沿竖直方向拉弹簧测力计,并且物体不能与容器底部或侧壁相接触;
(2)应等弹簧测力计示数稳定后再读数;
(3)实验时烧杯内的液体体积要适中,应以能浸没物体又不溢出为准;
(4)探究过程中,把物体浸入液体时要缓慢,以免溅出液体。
【典例2-1】(2023山东青岛市南一模)在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中,小明提出如下猜想:
猜想1:浮力的大小可能与排开液体的体积有关。
猜想2:浮力的大小可能与液体的密度有关。
猜想3:浮力的大小可能与物体的密度有关。
猜想4:浮力的大小可能与物体的形状有关。
(1)为了检验猜想1、猜想2和猜想3正确与否,小明用了体积相同的A、B两个不同密度的圆柱体,测得其重力分别为4.0 N和4.5 N,然后进行了如图甲所示的a、b、c、d四次实验。
①在序号a的实验中,圆柱体A所受的浮力为 N;比较序号a、b两次实验,可得出结论:浮力大小与 有关。
②比较序号b、c两次实验,可得出结论:浮力大小与物体密度 。
③比较序号b、 两次实验,可得出结论:浮力大小与液体密度有关。
(2)为了探究猜想4,小明用两块相同的橡皮泥分别捏成圆锥体和圆柱体进行如图乙所示的实验,由此小明得出结论:浮力的大小与物体的形状有关。你认为这个结论 (选填“可靠”或“不可靠”),主要原因是 。
【答案】(1)①0.5 排开液体的体积 ②无关 ③d
(2)不可靠 没有控制物体排开液体的体积相同
【解析】(1)①圆柱体A所受的浮力为F浮=G-F=4.0 N-3.5 N=0.5 N;由a、b两次实验可知,物体排开液体的体积不同,而排开液体的密度相同,弹簧测力计的示数不同,所受浮力的大小不相同,故可得出结论:物体受到的浮力大小与物体排开液体的体积有关;②比较b、c两次实验,两个圆柱体体积相同,都浸没在水中,故排开液体的体积相同,根据称重法,计算出两物体受到浮力的大小均为1 N,故浮力的大小与物体的密度无关;③探究浮力大小与液体密度的关系时,必须控制物体排开液体的体积相同,改变液体密度,故选b、d两次实验;(2)小明的这个结论不可靠,主要原因是没有控制物体排开液体的体积相同。
【典例2-2】(2023江西永丰期中)如图所示,小聪用一个长方体铝块探究影响浮力大小的因素。他先后将该铝块平放、侧放和竖放,使其部分浸入同一杯水中,保证每次水面到达同一标记处,比较弹簧测力计的示数大小。该实验探究的是下列哪个因素对浮力大小的影响 ( )
A.液体的密度
B.物体的密度
C.物体排开液体的体积
D.物体浸入液体的深度
【答案】D
【详解】 先后将该铝块平放、侧放和竖放,使其部分浸入同一杯水中,物体的密度、液体的密度均相同,每次水面到达同一标记处,说明物体排开水的体积相同,物体浸入水的深度不同,比较弹簧测力计的示数大小,可以探究浮力大小与物体浸入液体的深度的关系。
【变式2-1】(2023广东中考)在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中:
(1)观察弹簧测力计的零刻度线、 和分度值。弹簧测力计应在 (选填“竖直”或“水平”)方向上调零。
(2)如图甲所示,在弹簧测力计下悬挂一个高为6 cm的长方体物块(可塑),测出重力。将它缓慢浸入水中,记录悬停在A、B、C、D、E这五个位置弹簧测力计的示数和深度h。请根据实验数据,在图乙中画出物块所受浮力F浮随h变化的图象。
(3)分析图象可知:浸没前,h增加,F浮 ;浸没后,h增加,F浮 。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
(4)若把此物块捏成高为6 cm的圆锥体,重复上述实验。两次实验所得的F浮随h变化的图象 (选填“相同”或“不同”)。
(5)若继续探究浮力的大小与液体密度的关系,还需添加一种材料: 。
【答案】(1)量程 竖直 (2)如图所示 (3)变大 不变 (4)不同 (5)不同密度的液体
【详解】(1)弹簧测力计在使用前要观察零刻度线、量程和分度值,弹簧测力计测重力和拉力时要在竖直方向调零;(2)根据F浮=G-F,当浸入水中的深度为2 cm、4 cm、6 cm、8 cm、10 cm时,物块受到的浮力分别为0.2 N、0.4 N、0.6 N、0.6 N、0.6 N;由此在图乙中描点画出图象;(3)根据图象知,浸没前,h增加,F浮变大;浸没后,h增加,F浮不变;(4)若把此物块捏成高为6 cm的圆锥体,重复上述实验,在两次物体完全浸入水中之前,物体浸入水中的深度相同时,排开液体的体积不同,受到的浮力不同,故两次实验所得的F浮随h变化的图象是不同的;(5)根据控制变量法,若继续探究浮力的大小与液体密度的关系,需保持物体排开液体的体积不变,改变液体的密度,因而需要不同密度的液体。
【变式2-2】(2022·四川宜宾·中考真题)如图甲,弹簧测力计下端用轻质细线系着不吸水的实心圆柱体,圆柱体没没在水中,不与容器壁、容器底接触,现将其以1cm/s的速度匀速拉出水面,弹簧测力计示数F随圆柱体上升时间的变化关系如图乙、水的密度是1.0×103kg/m3,g取10N/kg,圆柱体表面所沾水和细线体积均不计(忽略液面高度变化),下列说法正确的是( )
A.圆柱体的重力大小为2.0N
B.圆柱体在0~20s内,所受浮力一直减小
C.圆柱体的密度为5×103kg/m3
D.圆柱体上表面刚露出水面时,下表面受到水的压强为1000Pa
【答案】ACD
【详解】A.由图乙知,当上升高度大于20cm时,圆柱体脱离水面,弹簧测力计示数F=2N,此时圆柱体处于空气中,圆柱体的重力G=F=2.0N
故A正确;
B.圆柱体在0~10s内,圆柱体一直浸没水中,排开水的体积不变,根据F浮=ρ水gV排知圆柱体所受浮力不变,圆柱体在10~20s内,圆柱体排开水的体积变小,根据F浮=ρ水gV排知圆柱体所受的浮力变小,故B错误;
C.由称重法可知,圆柱体受到的最大浮力F浮=G-F1=2N-1.6N=0.4N
由F浮=ρ水gV排可得圆柱体的体积
圆柱体的密度为
故C正确;
D.由图乙知,当上升高度为10cm时,圆柱体上表面刚刚与水面相平,当上升高度为20cm时,圆柱体下表面刚刚脱离水面,故圆柱体的高度l=20cm-10cm=10cm
则圆柱体上表面刚好与液面相平时,圆柱体底部所处的深度为h= l=10cm=0.1m
圆柱体底部受到水的压强p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1×103Pa
故D正确。
故选ACD。
一、单选题
1.“上能九天揽月,下可五洋捉鳖”,下列研究对象的浮力消失的是( )。
A.地面课堂上压入水中的乒兵球;
B.太空空间站压入水中的乒兵球;
C.升上千米高空的热气球;
D.潜入万米海底的中国载人潜水器
【答案】B。
【解析】A.地面课堂上压入水中的乒乓球,排开水的体积越来越大,所受的浮力越来越大,故A不符合题意;
B.因为太空中,物体都处于失重状态,所以太空站中,压入水中的乒乓球,没受到水的压力的作用,那么乒乓球不受到浮力的作用,故B符合题意;
C.热气球能升到高空,是由于受到空气浮力的作用,故C不符合题意;
D.潜入万米海底的潜水器受到水的浮力的作用,故D不符合题意。
故选B。
2.如图,一个放在斜面上杯子里的铁球,所受到的浮力的方向为( )。
A.竖直向上 B.竖直向下 C.垂直于斜面向上 D.垂直于斜面向下
【答案】A。
【解析】放在斜面上杯子里的铁球,受到浮力作用,所受到的浮力的方向竖直向上。故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
3.关于浮力,下列说法中正确的是( )
A.正在水中下沉的石头受到浮力的作用
B.浮力的方向不一定总是竖直向上
C.浮力的施力物体只能是液体
D.只有漂浮在水面的物体才受到浮力的作用
【答案】A
【解析】AD.浸在液体中的物体会受到液体产生的向上托的力,即受浮力作用,漂浮的物体受浮力,下沉的物体也受浮力,故A正确,D错误;
B.浮力方向与重力的方向相反,始终为竖直向上,故B错误;
C.物体浸在空气中也会受到浮力的作用,故C错误。
故选A。
4.如图所示,装满水的烧杯放在盘子里,再把空易拉罐按入水中,感受到浮力的同时,会看到排开的水溢到盘子中,慢慢将易拉罐压入水中,体会浮力的大小并观察溢出水的多少。根据活动中的感受和观察,能够提出的最具探究价值的科学问题是( )
A.浮力的大小与物体排开液体的密度有什么关系
B.浮力的大小与浸入液体的物体形状有什么关系
C.浮力的大小与物体排开液体的体积有什么关系
D.浮力的大小与物体浸入液体的深度有什么关系
【答案】C
【解析】用手把空易拉罐缓慢地按入水中,在空易拉罐浸没之前,越往下按,排开水的体积越大受到的浮力越大,这个实验告诉我们浮力的大小跟物体排开液体的体积有关,故ABD不符合题意,C符合题意。
故选C。
5.小陈泡脚时,双脚感受到水的浮力。不禁好奇,盆内起按摩作用的凸起物A、B(如图所示)是否也受浮力作用。则下列判断中正确的是( )。
A.A、B受到浮力作用;
B.A、B不受浮力作用;
C.A受浮力作用,B不受浮力作用;
D.A不受浮力作用,B受浮力作用
【答案】D。
【解析】浮力是由于物体上下表面的压力差形成的,由图可知,凸起物A上表面受到水的压力,但下表面没有受到水的压力,因此水对A上下表面没有产生压力差,故不受浮力的作用;水对凸起物B上下表面产生了的压力差,故B一定受浮力的作用。
故选D。
6.(2022春·山东青岛·八年级青岛大学附属中学校考期末)浸在水中的物体受到水的浮力的根本原因是( )
A.在水中,流速大的地方压强小,流速小的地方压强大
B.浮力与液体的重力有关
C.水的压强随深度的增加而增大,上下有压强差,有压力差
D.水对流时产生的向上的压力差
【答案】C
【解析】当物体有一部分或者全部在水中时,根据可以知道,水对物体上下两个表面的压强是不同的,向上的压强大于向下的压强,从而水对物体有一个方向向上的压力差,这就是浮力。故ABD不符合题意;C符合题意。
故选C。
7.(2022春·福建泉州·八年级统考期末)2021年12月“天宫课堂”开讲,王亚平进行了太空授课。在太空中,乒乓球并没有像在地面一样浮在水面,而是停留在了水中,如图所示。则在太空中乒乓球( )
A.密度变小 B.浮力几乎消失
C.受到的水的压强变大 D.换成铁球,铁球会下沉
【答案】B
【解析】A.乒乓球质量和体积都没改变,由可知,乒乓球的密度不变,故A不符合题意;
BCD.因为浮力是随重力产生的,在太空失重的环境下,乒乓球几乎不受水的压强,浮力几乎消失,所以乒乓球没有像在地面一样浮在水面,而是停留在了水中,换成铁球,这些现象也相同,故B符合题意,CD不符合题意。
故选B。
8.如图甲,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,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,则下列说法中错误的是(g取10N/kg)( )。
A.物体的重力是9N;
B.物体刚浸没时下表面受到水的压力时4N;
C.物体的体积是400cm3;
D.物体受到的最大浮力是5N
【答案】D。
【解析】A.由图像可知,当h=0时,弹簧测力计示数为9N,此时物体在空气中,则
G=F拉=9 N
故A正确,不符合题意;
C.由 可得物体的体积
故C正确,不符合题意;
D.由图像可知,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,此时受到的浮力最大,物体浸没时拉力为5N,物体受到的最大浮力F浮=G-F=9N-5N=4N
故D错误,符合题意;
B.物体刚浸没时,上表面受到水的压力为0,则下表面受到水的压力F下=F浮=4 N
故B正确,不符合题意。
故选D。
9.两个不同物体分别挂在弹簧测力计上,将他们同时浸没在水中,发现两个弹簧测力计的示数都不为零,但减少值相同,则( )
A.两个物体一定在水下同一深度 B.两个物体所受的浮力一定相同
C.两个物体的质量一定相同 D.在水中时,弹簧测力计示数相同
【答案】B
【解析】AB.物体浸在水中,物体受到的浮力
则弹簧测力计的示数的减少值等于物体受到的浮力,减少值相同说明两个物体所受的浮力相同,而浮力大小与物体浸在水中的深度无关,故A不符合题意,B符合题意;
C.根据题意,两个物体的质量不一定相同,故C不符合题意;
D.如果物体的重力不同,浮力相同时,弹簧测力计的示数也不同,故D不符合题意。
故选B。
二、填空题
10.(2023·上海青浦·统考一模)重为5牛的物块,用细线挂在弹簧测力计下浸没在水中时,测力计的示数为3牛,则物块受到浮力的大小为________牛;增大物块浸没的深度,它受到浮力的大小将________,它受到水的压强大小将________。(后两空选填“变大”“不变”或“变小”)
【答案】 2 不变 变大
【解析】[1]根据称重法可知,浸在水中的物体受到的浮力为
[2]浮力的影响因素是液体的密度和物体排开液体的体积,因为物体完全浸没,所以增大物块浸没的深度,物体所受的浮力不变。
[3]根据液体压强的特点,当液体密度相同时,所处的深度越深,压强越大,所以增加物体浸没的深度,它受到水的压强将变大。
11.弹簧测力计拉着一个长方体竖直浸没在水中的,其上表面受到水的压力为,下表面受到水的压力为,这个物体受到水的浮力为___________N,该长方体浸没时所受拉力如图所示,则该物体所受重力为___________N。
【答案】8;10.6。
【解析】[1]这个物体受到水的浮力为F浮=F向上-F向下=12N-4N=8N
[2]由图可知,弹簧测力计的分度值是0.2N,弹簧测力计的示数是2.6N,由称重法可知物体的重力
G=F浮+F=8N+2.6N=10.6N
12.(春•百色期末)图中A、B都浸没于液体中,A与容器侧壁紧密接触,B与容器底紧密接触。则:A 浮力,B 浮力(填“受到”或者“不受到”)。
【答案】受到;不受到。
【解析】根据浮力产生的原因判断A、B是否受到浮力。浮力产生的原因上下表面的压力差,由题意知,A与容器壁紧密接触,上下表面有压力差,A受到浮力;B与容器底紧密接触,上下表面没有压力差,所以B不受浮力作用。
故答案为:受到;不受到。
13.(2022·四川泸州·统考模拟预测)用一圆柱形容器盛水后放在水平地面上,用弹簧测力计竖直吊着重为15牛的实心物块A从图(a)所示位置开始缓慢浸入水中,最终物块A静止在图(b)示位置,弹簧测力计示数9牛。此过程中水对物体下表面的压力_____,容器对水平地面的压力_____(上述两空均选填“始终变大”、“先变大后不变”,“始终变小”或“先变小后不变”);最终物块A受到的浮力为_____牛。
【答案】 始终变大 先变大后不变 6
【解析】[1]实心物块A从图(a)所示位置开始,缓慢浸入水中,最终物块A静止在图(b)所示位置,此过程中,物体下表面所处深度变大,根据可知,所受水的压强变大,根据知,水对物体下表面的压力变大。
[2]在物体A全部进入水中之前,其排开水的重力不断变大,当全部浸入水中之后,排开水的重力不再变化,因为水平面上物体的压力和自身的重力相等,对整体分析,整体受到竖直向下的重力、竖直向上的支持力和竖直向上的拉力的作用;物体A慢慢浸入水中时,受到的浮力会变大,弹簧测力计的拉力会变小,当物体A全部浸没在水中后,浮力不变,则拉力不变;由于拉力变小,则支持力变大,根据力的相互性可知,容器对地面的压力先变大后不变。
[3]最终物块A受到的浮力为
14.(2022春·湖北武汉·八年级统考期中)弹簧测力计下悬挂一个圆柱体,在空气中称量时弹簧测力计的读数如图甲所示,把圆柱体浸在水中时,弹簧测力计示数如图乙所示,圆柱体浸在水中时所受的浮力为 _____N,若这个圆柱体上表面所受水的压力为5N,则其下表面所受水的压力为 _____N,方向是 _____。
【答案】 1 6 竖直向上
【解析】[1]由图可得弹簧测力计的分度值为0.1N,当圆柱体在空中时弹簧测力计的示数为3.2N,即圆柱体的重力,当重物浸在水中时弹簧测力计的示数,则重物受到的浮力
[2][3]由浮力产生的原因可知,圆柱体下表面所受水的压力
方向是竖直向上。
三、作图题
15.【新独家原创】小龙在研学时捡到一块鹅卵石,清洗时发现鹅卵石下沉到容器底部,如图所示。已知该鹅卵石的质量为0.3 kg,容器底对其支持力为1 N,请作出鹅卵石此时所受浮力示意图。(g取10 N/kg)
【答案】
【解析】鹅卵石的重力G=mg=0.3 kg×10 N/kg=3 N,容器对鹅卵石的支持力F支=1 N,鹅卵石受到的浮力F浮=G-F支=3 N-1 N=2 N。以重心O为起点竖直向上作有向线段,并在箭头旁标出“F浮=2 N”。
四、实验题
16.(2023北京石景山一模,22,★☆☆)为了探究“浸在水中的圆柱体所受浮力大小跟其排开水的体积是否有关”,小明选用如图所示的圆柱体(ρ柱>ρ水)、调好的弹簧测力计和装有适量水的烧杯进行实验。
(1)以下是小明的部分实验步骤,请你帮他补充完整;
①将圆柱体挂在弹簧测力计下,静止时记录弹簧测力计示数为F1;
②将圆柱体下部的一格浸入水中,圆柱体不接触烧杯,静止时记录弹簧测力计的示数为F2;
③ , 静止时记录弹簧测力计的示数为F3。
(2)结合上述实验步骤及现象,分析说明如何判断浸在水中的圆柱体所受浮力大小跟其排开水的体积是否有关: 。
【答案】(1)③将圆柱体下部的两格浸入水中,圆柱体不接触烧杯 (2)见解析
【解析】 (1)③要探究浸在水中的物体所受浮力大小跟物体排开水的体积的关系,需要控制液体密度相同,改变物体排开液体的体积,故需要将圆柱体下部的两格浸入水中,圆柱体不接触烧杯,静止时记录弹簧测力计的示数为F3。(2)圆柱体下部的一格浸入水中时,圆柱体受到的浮力F浮=F1-F2,圆柱体下部的两格浸入水中时,圆柱体受到的浮力F浮'=F1-F3,若F1-F2≠F1-F3,说明浸在水中的圆柱体所受浮力大小跟其排开水的体积有关;若F1-F2=F1-F3,说明浸在水中的圆柱体所受浮力大小跟其排开水的体积无关。
17.(2022春·江苏淮安·八年级统考期末)实验小组用如图甲所示的实验装置探究浮力的大小跟哪些因素有关。
(1)分析a、b、c三次实验可知:浸在液体中的物体受到浮力的大小与______有关;
(2)分析a、c、d三次实验可知:浸没在液体中的物体受到浮力的大小与浸没深度______;
(3)分析a、d、e三次实验,可知在物体排开液体的体积一定时,液体密度越大,物体受到的浮力______(选填“越大”或“越小”);
(4)由实验可知物体的重力是______N,物体浸没在水中时受到的浮力是______N;
(5)小明在进行d图实验时,保持物体所处的位置不变,缓慢向烧杯内加水(水未溢出),发现弹簧测力计的示数______(选填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】 物体排开液体的体积 无关 越大 2 0.5 不变
【解析】(1)[1]分析a、b、c三次实验可知,液体的密度相同,物体排开液体的体积不同,观察弹簧测力计的示数变小,根据称量法F浮=G-F示可知,浮力变大,说明浮力大小与物体排开液体的体积有关。
(2)[2]分析a、c、d三次实验可知,深度增加,弹簧测力计的示数不变,浮力不变,说明浮力大小与物体浸没到液体的深度无关。
(3)[3]分析a、d、e三次实验,排开液体的体积相同,液体的密度不同,观察弹簧测力计的示数变大,根据称量法F浮=G-F示可知,浮力变小,说明在物体排开液体的体积一定时,液体密度越大,物体受到的浮力越大。
(4)[4][5]由a图可知,物体的重力G=2N;由c图可知,物体浸没在水中时,物体受到的拉力为F=1.5N;则物体浸没在水中受到的浮力为
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