第十章 第2节 阿基米德原理 ----2024-2025学年人教版物理八年级下学期

第十章 第2节 阿基米德原理 1.阿基米德灵感的启示 越大 向上 物体浸在液体中的体积等于物体排开液体的体积，物体排开 液体的体积越大、液体的密度越大，所受的浮力就________. 2.阿基米德原理 它排开的液体所受的重力 m排 g (1)内容：浸在液体中的物体受到________的浮力，浮力的大 ρ液 V排 g 小等于_________________________________. (2)公式：F浮＝G排＝________＝________. 走进生活：人们常用“浮筒打捞法”来打捞沉船，其原理用 物理学知识解释是：浮筒绑在沉船两侧时使整体体积________， 总的浮力________，排出浮筒中的水，浮筒的重力________.当浮 力________重力时沉船上浮. 增大 增大 减小 大于 【实验导引】 提出问题：物体所受浮力的大小跟它排开液体所受的重力有 什么定量关系？ 【设计与进行实验】 1.实验目的：探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系. 2.实验原理：阿基米德原理 F浮＝G排＝ρ液 V排 g 3.实验器材：弹簧测力计、铁块、烧杯、小桶和适量的水. 4.实验装置：如图所示. 5.实验过程 (1)用弹簧测力计测出空桶的重力 G桶. (2)烧杯装满水，空桶置于烧杯口下方. (3)用弹簧测力计测出铁块的重力 G物. (4)用弹簧测力计悬挂铁块浸没到烧杯的水中，读出弹簧测力 计的示数 F示. (5)用弹簧测力计测排开水和桶的总重力 G总. (6)更换不同铁块，进行多次试验并记录实验数据. 次序 G桶/N G物/N F示/N G总/N F浮/N G排/N 1 2 3 … 7.实验结论：F浮＝G物－F示＝G总－G桶＝G排. 6.实验数据 8.误差分析： 大 大 大 小 少 小 大 (1)若先将物体浸没在水中读出弹簧测力计的示数，再测物体 重力，则测得的物体重力偏________，浮力偏________. (2)若先测小桶和排开水的总重力，再测小桶的重力，在测得 的小桶重力偏________，导致计算出的 G排偏________. (3)若水面未达到溢水口，就将物体浸没在水中，会使溢出的 水偏________，导致计算出的 G排偏________. (4)将物体放入水中测拉力时，若物体接触容器底且与容器底 有挤压，则测得的浮力偏______. 【分析、交流与反思】 溢水杯未装满水；物体有吸水性 9.更换不同铁块，进行多次实验的目的是_________________. 10.[开放性设问]若 G总－G桶<G物－F示，则可能的原因有哪 些？__________________________________. 得出普遍规律 实验特训：(2024 年德州)小强用如图所示的实验装置验证阿 基米德原理，通过调节升降台让金属块浸入盛满水的溢水杯中(金 属块始终未与容器底接触)，溢出的水会流入右侧空桶中，下列说 法正确的是( ) A.金属块浸入水中越深，水对溢水杯底部的压力越大 B.金属块浸没在水中的深度越深，弹簧测力计 A 的示数越小 C.金属块从接触水面至浸入水中某一位置，弹簧测力计 A 和 B 的变化量ΔFA＝ΔFB D.若实验前溢水杯中未装满水，对实验结果没有影响 答案：C 知识点 1 利用阿基米德原理求浮力 典例 1：容器中装有一定量的水，水中有一木块由细线系着与 容器底部相连，如图所示.木块的体积为 4×10-3 m3，此时木块所 受浮力为____________N ，细线的拉力为___________N.(ρ木 ＝ 0.6×103 kg/m3，g 取 10 N/kg) 审题：木块完全浸没在水中，则木块排开水的体积等于木块 的体积，利用阿基米德原理可以求出木块受到的浮力；对木块受 力分析：F浮＝F拉＋G，可以求出细线所受拉力. 答案：40 16 变式 1：(2024 年成都)小李同学想估算空气对自己的浮力大 小，采集的数据有：自己的体重、自己的密度(与水接近，约为 1.0×103kg/m3)、空气的密度(约为1.3kg/m3).则空气对小李的浮力 大小约为( ) A.0.006 N B.0.6 N C.60 N D.600 N 答案：B 知识点 2 阿基米德原理的定性分析 典例 2：质量相同的实心铝球、铁球、铜球分别浸没在水中， ) 它们受到的浮力大小是(ρ铜＞ρ铁＞ρ铝)( A.铝球受到的浮力最大 B.三球受到的浮力一样大 C.铜球受到的浮力最大 D.无法判断 越大，体积越小，则排开水的体积越小，根据阿基米德原理可知 浸没在水中时受到的浮力越小. 答案：A 变式 2：放置在水平桌面上两个相同的烧杯中装满不同的液 体，把质量相等的甲、乙两球分别轻轻放入 A、B 两杯液体中， 静止时处于如图所示状态，甲、乙排开液体的重力相等.下列说法 正确的是( ) ①甲球比乙球所受浮力更大 ②甲、乙两球所受浮力一样大 ③A 杯中液体对容器底的压强大于 B 杯中液体对容器底的 压强 ④甲球对容器底的压力等于乙球对容器底的压力 A.只有①③ B.只有②④ C.只有②③ D.只有①④ 答案：B 知识点 3 利用阿基米德原理计算体积和密度 典例 3：工人师傅利用汽车作为动力，从水中打捞一个正方体 物件.绳子通过定滑轮，一端系着物件，另一端系在汽车上，如图 甲所示.汽车拉着物件匀速上升，已知汽车对绳子的拉力 F 与物件 底面距离水底的高度 h 的变化关系如图乙所示.绳子的体积、绳重 及摩擦均忽略不计，ρ水＝1.0×103 kg/m3，g 取 10 N/kg.求： (1)物件的质量. (2)物件浸没在水中时，受到的浮力. (3)物件的密度. 甲 乙 解：(1)物件完全离开水面后，由图像可知此时的拉力为 2200 N，根据二力平衡可得物件的重力为 G＝F拉＝2200 N， 由 G＝mg 可得，物件的质量为 (2)当物件浸没在水中时，由图像可知此时的拉力为 1100 N， 根据称重法可得此时物件受到的浮力为 F浮＝G－F拉′＝2200 N－1100 N＝1100 N. (3)当物件浸没时，物件排开液体的体积等于物件的体积，根 据 F浮＝ρ水 V排 g 可得，物件的体积为 方法技巧：1.公式： F浮＝G排＝ρ液gV排，液体对物体的浮力 与液体的密度和物体排开液体的体积有关，而与物体的质量、体 积、重力、形状、浸没的深度等无关. 注意：(1)使用F浮＝ρ液 gV排计算浮力时要注意ρ液是液体的密 度，不是物体的密度；V 排是排开液体的体积，不是物体的体积， 单位要换算成 m3.(2)当物体一部分浸入液体中时，V排<V物；当物 体全部浸入液体中时，V排 ＝V物 .(3)阿基米德原理同样也适用于 气体. 2.浮力变形公式的应用 变式 3：如图甲所示，长方体金属块体积 V＝2500 cm3，在细 绳竖直向上拉力作用下从液体中开始一直竖直向上做匀速直线运 动，上升到离液面一定的高度处.图乙是绳子拉力 F 随时间 t 变化 的图像，取 g＝10 N/kg.根据图像信息，该金属块的重力为_____N， 该金属块浸没在液体中受到的浮力________N，液体的密度_____ _____g/cm3. 答案：54 20 0.8 1.[生活应用]如图，松手后，压在杯底的乒乓球会弹离水面， 下列说法正确的是( ) A.乒乓球上浮过程中，受到的浮力不断变小 B.乒乓球弹离水面后上升，是由于水的浮力作用 C.乒乓球上浮过程中，受到水的压强始终不变 D.乒乓球露出水面前，受到的浮力大小不变 答案：D 2.[科学发展]2022 年 5 月 11 日，“探索二号”科考船搭载着 深海载人潜水器“深海勇士号”返航，圆满完成 2022 年度深海原 位科学实验站第一航段任务——深海原位实验室在南海冷泉区的 海试任务.如图所示，在潜水器“深海勇士号”浮出水面的过程中 ( ) A.浮力不变，受到的液体压强变大 B.浮力变小，受到的液体压强变小 C.浮力不变，受到的液体压强变小 D.浮力变小，受到的液体压强不变 答案：B 3.[科学实验]如图甲所示，用弹簧测力计通过细线拉着正方体 物块缓慢浸入某未知液体中，物块受到的拉力 F 与其下表面浸入 液体中的深度 h 之间的关系如图乙所示，则物块浸没时受到的浮 力为______N，未知液体的密度为______kg/m3.(g 取 10 N/kg) 答案：9 0.9×103 4.一金属块在空气中称重为 2.4 N，把它全部浸没在水中弹簧 测力计的读数为 0.8 N，把它全部浸没在某种液体中弹簧测力计的 读数为 1.2 N.则该金属块受到水对它的浮力是________N，液体的 密度为________kg/m3. 答案：1.6 0.75×103 5.[科学探究]小明利用弹簧测力计、水、小石块、溢水杯、小 桶、细线等器材探究浮力的大小与排开液体所受到的重力大小的 关系，如图所示是实验中对弹簧测力计进行读数时的几个情景. (1)为了减小误差，合理的实验顺序是________. (2)按照合理的顺序进行实验，并收集数据.设 A、B、C、D 实 验中弹簧测力计的读数分别是 F1、F2、F3、F4，如果关系式_____ ____________(用字母表达)成立，即可验证阿基米德原理. (3)在步骤 D，小石块逐渐浸入水过程中未接触溢水杯，水对 杯底的压强____________(填“逐渐变大”“一直不变”或“逐渐 变小”). (4)若在步骤 A 中，水面未到达溢水杯的溢水口，则会导致本 实验测量的 F浮________(填“大于”或“小于”)G排. (5)步骤 A、B、C 的测量操作均如图所示，但在步骤 D 中， 当小石块只有一部分浸入在水中时就直接进行读数，则这操作 ________(填“会”或“不会”)影响实验结论. 答案：(1)CADB (2)F1－F4＝F2－F3 (3)一直不变 (4)大于 (5)不会 6.如图所示的小球重 10 N，用弹簧测力计挂着小球，并使小 球五分之二的体积浸在装有水、底面积为 0.05 m2 的容器中，此时 弹簧测力计的示数为7 N.(ρ水＝1.0×103 kg/cm3，g取 10 N/kg) (1)求小球此时受到的浮力. (2)求小球完全浸没时弹簧测力计的示数. 解：(1)小球此时受到的浮力为 F浮＝G－F＝10 N－7 N＝3 N. (2)由 F浮＝ρ水V排 g 可得，小球排开水的体积为 因物体浸没时排开水的体积和自身的体积相等，所以小球完 全浸没时受到的浮力为 F浮′＝ρ水gV＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×7.5×10-4 m3＝7.5 N， 则此时弹簧测力计的示数为 F示＝G－F浮′＝10 N－7.5 N＝2.5 N. 7.[创新实践]“实践小组”制作了一款“彩球温度计”，它可 以粗略地测量环境温度.玻璃管中装有某种特定液体，液体中装有 4 个体积相同但质量不同的彩球，每个彩球都标注特定的温度值， 测量范围为 18～24 ℃.当外界温度变化时(玻璃管中的液体的密度 会随着温度升高而减小)，有的彩球会随之上浮或下沉直至静止， 此时上浮彩球中最下方一个彩球标注的温度表示所测的环境温度. 如图所示是某一温度下彩球的位置，下列说法正确的是( ) A.标注 24 ℃的彩球的密度最大 B.标注 18 ℃的彩球排开液体的质量最大 C.标注 20 ℃的彩球受到的浮力等于标注22 ℃的彩球受到的 浮力 D.当环境温度降低时，浸没在液体中的彩球受到的浮力变小 答案：C $$