内容正文:
10.1浮力
1.认识一切浸在液体中的物体都要受到浮力的作用,浮力的方向是竖直向上的。 能通过实验证明上述结论的正确性。
2.能认识浮力产生的原因,会用弹簧测力计测量物体在液体中所受浮力的大小。
3.经历探究浮力大小跟哪些因素有关的实验过程,认识物体所受浮力的大小跟它浸在液体中的体积有关,跟液体的密度有关。
【学习重点】决定浮力大小的因素。
【学习难点】浮力产生的原因。
知识点一:浮力
1. 现象探究:什么是浮力
图示
现象
放飞的氢气球飞向高空
按在水中的木块,松手后上浮
轮船浮在海面上
在水中搬石头感觉轻一点
原因
在空气中的氢气球受到空气对其向上托举的力
浸在水中的木头受到谁向上的托力
漂浮在海水中的轮船受到海水对其向上托的力
浸在水中的石头受到水对其向上托的力
结论
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
2. 浮力的定义:一切浸在液体(或气体)中的物体受到竖直向上的力,这个力叫做浮力。
【点拨】浸在的理解
“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。
【点拨】浮力的认识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.用弹簧测力计测浮力
称重法”计算浮力:(F浮:物体所受浮力大小;G物:物体在空气中的重力;F拉:物体浸在液体中,弹簧测力计的示数)
知识点二:浮力产生的原因
1. 探究: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)对物体向上、向下压力差产生的,即:F浮=F向上-F向下
【拓展延伸】(1)当物体部分浸入液体中时,如图甲所示,上表面不受液体压力,则F浮=F向上
(2) 浸在液体中的物体不一定都受到浮力的作用。如物体下表面与容器底部完全紧密接触,下表面没有受到向上的压力,故不受浮力的作用。
知识点三:决定浮力大小的因素
实验:探究浮力的大小跟哪些因素有关
(1)实验方法:控制变量法
(2)实验器材:弹簧测力计、烧杯、水槽、圆柱体组、水、酒精、浓盐水
(3)进行实验:
<1>探究浮力与物体浸没后的深度的关系
①用弹簧测力计测量出物体的重力G;
②将物体逐渐浸入水中,读出弹簧测力计的示数;
③改变物体在水中的深度,读出弹簧测力计的示数;
④比较弹簧测力计示数的变化情况。
结论:浮力大小与物体浸没水中后的深度无关。
<2>探究浮力与物体浸在液体中的体积的关系:
①用弹簧测力计测量出物体的重力G;
②将物体部分浸入在水中,读出弹簧测力计的示数;
③把物体浸在水中体积再大一些,读出弹簧测力计的示数;
④把物体浸没水中,读出弹簧测力计的示数。
结论:在同一液体中,物体浸在液体中的体积越大,浮力越大。
<3>浮力与液体密度的关系
①用弹簧测力计测量出物体的重力G;
②将石块分别浸没在酒精、水和盐水中,读出弹簧测力计的示数;
③比较两次弹簧测力计示数的变化情况。
结论:物体排开液体体积一定时,液体密度越大,浮力越大。
总结影响浮力大小的因素:物体在液体中所受的浮力大小,跟它浸在液体中的体积有关,跟液体的密度有关。浸在液体中的体积越大、液体的密度越大,浮力就越大。而与浸没在液体中的深度无关。
【点拨】 (1)
探究浮力的大小跟哪些因素有关的实验中,用到了“称重法”测浮力:,弹簧测力计的示数越小,说明物体受到的浮力越大。
(2) 探究浮力的大小跟哪些因素有关,实验中利用“控制变量法”,把多因素问题变成多个单因素问题。
【拓展延伸】
弹簧测力计示数、浮力与物体浸入液体中深度的关系图像:
F示-h和F浮-h图像分析:物体浸没前,浸入液体的深度变大,浸入液体的体积变大,浮力变大,弹簧测力计的示数变小;
物体浸没后,入液体的深度变大,浸入液体的体积不变,浮力不变,弹簧测力计的示数不变。
【考点一:浮力的概念】
1. 如图所示,一斜面上方放置一容器,容器内盛有一定量的水,有一硬质木棒,上端固定在墙上,下端固定一未知材料的小球,小球浸没在水中,以上物体均处于静止状态。关于小球受力情况的分析不正确的是( )
A.小球可能受三个力的作用,木棒对小球施力方向向下
B.小球可能受三个力的作用,木棒对小球施力方向向上
C.小球可能受两个力的作用,木棒对小球不施力
D.小球可能受两个力的作用,木棒对小球施力方向向下
【答案】D
【详解】由图示知,小球浸没在水中静止,处于平衡状态,受到竖直向上的浮力,还受到竖直向下的重力,当浮力与重力相等时,小球不受到木棒的力作用,当重力大于浮力时,小球受到木棒向上的作用力,当重力小于浮力时,小球受到木棒向下的作用力,第一种情况,小球受到两个力的作用,后面两种情况,小球受到三个力的作用,木棒对小球的力可能是向下的,也有可能是向上的,故ABC正确,不符合题意,D错误,符合题意。
故选D。
1-1“天宫课堂”第一课上,王亚平做了一个有关浮力的实验。在太空中,乒乓球并没有像在地面一样浮在水面,而是停留在水杯内的水中,如图。下列有关该现象的解释正确的是( )
A.乒乓球受到的浮力方向向下
B.乒乓球受到的浮力等于重力
C.太空中重力消失时,浮力也就消失了
D.乒乓球所受重力可以忽略,因此它不具有惯性
【答案】C
【详解】A.浮力的方向是竖直向上的,故A错误;
BC.浮力产生的原因:物体受到液体向上的压力大于向下的压力,存在压力差产生了浮力;在太空中水和乒乓球处于完全失重状态,水不会对浸入其中的物体产生压力,所以在太空失重环境下浮力消失,故C正确、B错误;
D.乒乓球有质量,所以具有惯性,故D错误。
故选C。
【考点二:判断物体是否受到浮力】
2. 如图所示,洗手盆底部的出水口寒着橡胶制成的水堵头,则正确的是( )
A.水堵头不受水的压力作用,但受到水的浮力作用
B.水堵头不受水的压力作用,也不受水的浮力作用
C.水堵头受水的压力作用,不受水的浮力作用
D.此时水堵头受到非平衡力的作用
【答案】C
【详解】ABC.洗手盆底部的出水口塞着橡胶制成的水堵头,受到水向下的压力,但水堵头的下表面没有水,没有受到水向上的压力,所以水堵头不受浮力,故AB错误,C正确;
D.水堵头静止,处于平衡状态,所以此时水堵头受到平衡力的作用,故D错误。
故选C。
2-1. 如图所示情景中,物体没有受到浮力的是( )
A.甲图:沉在水底的铁球
B.乙图:水面上戏水的天鹅
C.丙图:立在河水中的桥墩
D.丁图:浮在空中的热气球
【答案】C
【详解】ABD.甲乙丁中的物体都浸在水或空气中,物体受到水或空气向上的压力和向下的压力,其中向上的压力大于向下的压力,这个压力差也就是物体受到的浮力,故ABD中的物体均受浮力的作用,故ABD不符合题意;
C.丙中的桥墩的下底面埋在地下,其下底面与河底紧密接触,桥墩没有受到水向上的压力,所以桥墩不受浮力作用,故C符合题意。
故选C。
2-2. 如图所示情景中没有受到浮力的物体是( )
A. 遨游的“天宫一号” B. 航行的“辽宁号”
C. 下潜的“蛟龙号” D. 上升的热气球
【答案】A
【详解】A.太空中没有空气,所以太空中遨游的“天宫一号”没有受到浮力,故A符合题意;
B.浮力是浸在液体(或气体)中的物体受到液体(或气体)向上托起的力,航行的“辽宁号”受到水的向上托起的力,即受到浮力,故B不符合题意;
C.下潜的“蛟龙号”在水中尽管下沉,但仍然受到浮力,故C不符合题意;
D.空中上升的热气球,由于受到空气的浮力而升空,故D不符合题意。
故选A。
2-3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,则在A、B、C、D中 受浮力, 不受浮力。
【答案】 ABC D
【详解】[1]由图可知,水对A、C物体上、下表面产生了压力差,故A、C受浮力的作用;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。
[2]D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D物体上、下表面没有产生向上的压力差,故D物体一定不受浮力的作用。
【考点三:浮力的方向及产生的原因】
3.如图所示,用细绳吊着柱体浸没在水中,柱体所受浮力为F浮,柱体上、下表面受到水的压力分别为F向下、F向上,下列关系式一定成立的是( )
A.F浮<F向下 B.F浮<F向上 C.F浮>F向下 D.F浮>F向上
【答案】B
【解答】解:物体浸在液体中时,上、下两个表面的压力差即物体所受浮力,所以柱体受到水的浮力为:F浮=F向上﹣F向下,
则F浮一定小于F向上,可能大于,也可能等于或小于F向下。
故选:B。
3-1.了探究浮力产生的原因,小明做了以下实验:取一个大的塑料瓶子,用剪刀剪去底部(如图甲),将一个乒乓球放在里面(如图乙),轻轻向瓶中倒水,水已没过乒乓球,发现有水缓慢流出瓶口,但乒乓球不浮上来(如图丙),此时乒乓球 (选填“受”或“不受”)浮力作用。用瓶盖盖紧瓶口,当乒乓球下方充满水之后(如图丁所示),乒乓球迅速上浮,这是因为乒乓球 (选填“受”或“不受”)浮力作用。
【答案】 不受 受
【详解】[1]题图丙中乒乓球下面没有水,则乒乓球没有受到液体向上的压力,故乒乓球没有受到浮力作用.
[2]题图丁中乒乓球下方充满水,则乒乓球受到液体向上的压力,此时乒乓球受到浮力作用。
3-2.用细绳吊着某金属块并将其浸在水中,分别在图(a)、(b)、(c)所示位置保持静止,若金属块所受的拉力分别为F1、F2和F3,则F1 = F2 < F3,若液体对其上、下表面的压力差分别为ΔF1、ΔF2和ΔF3,则ΔF1 = ΔF2。(均选填“>”“=”或“<”)
【答案】=;<;=。
【解答】解:用细绳吊着某金属块并将其浸在水中,分别在图(a)、(b)所示位置保持静止,排开液体的体积不变,液体密度不变,根据F浮=ρ水gV排知,浮力大小不变,根据称重法,拉力大小相等,若液体对其上、下表面的压力差分别为ΔF1、ΔF2即为浮力,因浮力相等,ΔF1=ΔF2。
由于c图中部分浸入,排开液体的体积减小,受到的浮力减小,因而需要的拉力变大,故F1=F2<F3.
故答案为:=;<;=。
3-3.如图所示,有一个重力为G的长方体浸没在液体中,其受到的浮力为F浮,液体对长方体向下和向上的压力分别为F1和F2,下列说法不正确的是( )
A.长方体所有表面都受到液体压力
B.长方体相对侧面所受液体的压力相互平衡
C.F1、F2和F浮的大小关系是F1﹣F2=F浮
D.若物体浸没于更深的位置,与图示位置相比,F1、F2之差不变
【答案】C
【解答】解:A、因为液体内部存在压强,所以长方体各表面都受到液体的压力,故A正确。
B、根据相同深度液体向各个方向的压强相等的特点可知,长方体浸没在液体中时,它的侧面受到的各个方向液体的压力相互平衡,则长方体两个相对的侧面所受液体的压力同时作用在长方体上,且大小相等、方向相反、作用在同一条直线上是一对平衡力,故B正确。
C、根据浮力产生的原因可知,浮力等于物体上下表面的压力差,即浮力为:F2﹣F1=F浮,故C错误。
D、若物体浸没于更深的位置,但上下表面的深度差不变,所以受到的压强差不变,受力面积不变,受到的压力差不变,即F1、F2之差不变,故D正确。
故选:C。
3-4.如图所示,将完全相同的a、b两个长方体分别水平与竖直放置在盛水的容器中(h1<h2),恰好能悬浮在水中,它们上、下表面所受水的压强差Δpa Δpb,上下表面所受水的压力差为Fa Fb(两空均选填“小于”、“等于”或“大于”)。
【答案】 小于 等于
【详解】[1]液体内部压强随深度增加而增大,竖直放置比水平放置时的高度差大,所以长方体物块竖直放置比水平放置上下表面受到水的压强差大,即Δpa小于Δpb。
[2]图中两种放置方式木块都处于悬浮状态,说明受到水的浮力相等,而浮力等于物体上下表面受到水的压力差,所以长方体上下表面受到水的压力差相等,即Fa=Fb。
【考点四:称重法测浮力的大小】
4. 一重为6N的物体挂在弹簧测力计下,将它全部浸没在酒精中时,测力计示数是如图所示,则物体受到的浮力是 N,浮力的方向 。
【答案】 2.2 竖直向上
【详解】[1]由图可知,弹簧测力计的分度值为0.2N,弹簧测力计的示数为3.8N,即物体此时受到的拉力为3.8N,根据称重法可知物块受到的浮力
[2]物体受到浮力方向是竖直向上的。
4-1 弹簧测力计下吊着质量为1.5kg的正方体金属块,当它完全浸没在水中时,弹簧秤的示数为10N,则金属块受到浮力为 N。若金属块上表面所受水的压力为20N,则金属块下表面所受水的压力为 N。
【答案】 5 25
【详解】[1]由G=mg可知,金属块受到的重力为
根据称量法可知,金属块受到的浮力的为
[2]浮力产生的原因是物体上下表面的压力不同,即浮力等于上下表面的压力差,所以金属块下表面所受水的压力为
4-2 簧测力计通过细线吊着一个合金块,静止时弹簧测力计的示数如图甲所示,将合金块浸没在水中如图乙所示,则合金块的重力是 N,浸没在水中时受到浮力是 N。若剪断细线,合金块下沉,最终沉底时,合金块对容器底的压力是 N。
【答案】 4 1.2 2.8
【详解】[1]甲图中测力计的分度值为,其示数为4N,即合金块的重力是4N。
[2]将合金块浸没在水中如图乙所示,静止时弹簧测力计示数为,根据称重法可知合金块所受的浮力
[3]若剪断细线,合金块下沉,最终沉底时,合金块对容器底的压力
【考点五:根据浮力产生的原因计算浮力的大小】
5. 如图所示,一个长方体浸没在水中,其上表面受到水的压力为4N,下表面受到的压力为7N,则长方体受到水的浮力为( )
A.3N B.4N C.7N D.11N
【答案】A
【详解】长方体受到水的浮力为F浮=F下表面﹣F上表面=7N﹣4N=3N
故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
5-1 如图所示,Q为一铜制零件,其上部为边长L=0.3m的立方体,下部为边长l=0.2m的立方体,Q的下表面与容器底面完全粘合,且水面正好与Q的上表面相平,则容器底部所受压强为 Pa,零件受到的浮力为 N。
【答案】 5×103 150
【详解】[1]容器的水平高度为h=L+l=0.3m+0.2m=0.5m
容器底部所受压强为
[2]因为下部立方体的下表面与容器底面完全粘合,所以水没有产生向上的压力;上部立方体的下表面积的一部分(与水接触)受到向上的压力,所以
上部立方体的下表面受到的压强p=ρgh'=ρgL=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.3m=3000Pa
水面正好与Q的上表面相平,则零件上表面没有受到水向下的压力,由浮力产生的原因可知该零件受到的浮力为F浮=F向上=pS=3000Pa×0.05m2=150N
【考点六:探究浮力大小的影响因素】
6. 如图所示是“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的几个实验情景,实验甲、丙和丁中,弹簧测力计的示数分别为4.0N、2.8N和2.5N,若盐水的密度为1.2×103kg/m3,则下列结论正确的是( )
A.物体A的密度为3.2×103kg/m3
B.实验乙中,物体A受到的拉力为1.0N
C.实验丙中,弹簧测力计的示数比乙中小0.5N
D.实验丁中,容器底部受到物体A的压力等于0.3N
【答案】D
【解答】解:A、比较甲和丙两图可知,物体A受到的浮力:F浮=G﹣F拉=4N﹣2.8N=1.2N,
物体A的体积:V===10﹣4m3
物体A的密度:==4×103kg/cm3,故A错误。
B、在实验乙中,物体受到的浮力F浮′=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×10﹣4m3=1N,
物体A受到的拉力F拉=G﹣F浮′=4N﹣1N=3N,故B错误。
C、实验丙中,弹簧测力计的示数比乙中小:3N﹣2.8N=0.2N,故C错误。
D、实验丁中容器底部受到物体A的压力:F压=G﹣F浮﹣F拉=4N﹣1.2N﹣2.5N=0.3N,故D正确。
故选:D。
6-1在探究“浮力的大小与什么因素有关”的实验中,张亮同学的实验步骤如图所示(水的密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。
(1)金属块在步骤B中受到的浮力为 N;
(2)通过步骤B和C可以探究浮力的大小与 的关系,通过步骤C和D可以发现浮力的大小与物体浸没的深度 (选填“有关”或“无关”);
(3)若步骤B中挂钩下的细线突然断了,金属块在下沉过程中,所受浮力将 (选填“不变”“变大”“先不变后变大”或“先变大后不变”)。
(4)张亮根据此实验数据还测出了该金属块的密度为 kg/m3。
【答案】 1 排开液体的体积 无关 先变大后不变 4×103
【详解】(1)[1]金属块在步骤B中受到的浮力为F浮=G﹣F=8N﹣7N=1N
(2)[2]通过步骤B和C可以知道,液体的密度相同,排开液体的体积不同,可以探究浮力的大小与排开液体的体积的关系。
[3]通过步骤C和D可以知道,物体全面浸入水中,排开液体的体积和液体的密度相同,深度不同,弹簧测力计的示数相同,由称重法可知浮力相同,说明浮力的大小与物体浸没的深度无关。
(3)[4]若步骤B中挂钩下的细线突然断了,金属块在下沉过程中,排开水的体积先变大后不变,由阿基米德原理可知所受浮力将先变大后不变。
(4)[5]金属块完全浸没在水中时受到的浮力为F浮'=G﹣F'=8N﹣6N=2N
根据阿基米德原理,金属块的体积为
金属块的密度为
6-2 小丽用装有沙子的柱形带盖塑料瓶“探究浮力的大小跟哪些因素有关”。
(1)小丽列举了以下三个常识,做出了三个猜想,其中符合常识2的是猜想 (填序号)。
常识
猜想
常识1:空玻璃瓶会漂浮在水面上,装满水的玻璃瓶会沉入水底。
常识2:轮船从江里驶入海里,船身会上浮一些。
常识3:人在水中越往深处走,觉得身体越来越轻。
猜想1:浮力大小与液体的密度有关。
猜想2:浮力大小与物体排开液体的体积或深度有关。
猜想3:浮力大小与物体的质量有关。
(2)为了验证上述猜想是否正确,依次做了以下实验,如图所示。
A.B.C.D.E.
①装有沙子的塑料瓶挂在弹簧测力计下,静止时弹簧测力计的示数如图A,则装沙子的塑料瓶重 N;
②通过A、B实验两图的实验数据,可知在B图状态下,物体所受浮力大小是 N;
③通过A、B、C实验步骤, (选填“能”或“不能”)得出浮力大小与物体浸入液体的深度是否有关,原因是 ;
④通过A、B、C实验步骤,可以得出浮力的大小跟浸入液体体积有关的前提是确定了浮力大小与 无关;
⑤通过A、C、E实验步骤,可探究物体所受浮力大小与 的关系。
【答案】 1 4 1 没有控制物体排开液体的体积一定 不能 物体浸入液体的深度 液体密度
【详解】
(1)[1]轮船从江里驶入海里,船身会上浮一些,轮船排开液体的体积发生变化是因为液体的密度发生改变;所以小丽列举了以下三个常识,做出了三个猜想,符合常识2“轮船从江里驶入海里,船身会上浮一些”的是猜想1:浮力大小与液体密度有关。
(2)①[2]装有沙子的塑料瓶挂在弹簧测力计下,静止时弹簧测力计的示数如图A,该弹簧测力计的分度值为0.2N,则读数为4N。
②[3]在B图状态下,弹簧测力计的示数为3N,根据称重法可知物体所受浮力大小是
F浮=G-F'=4N-3N=1N
③[4][5]通过A、B、C实验步骤,没有控制物体排开液体的体积一定,根据控制变量法可知不能得出浮力大小与物体浸入液体的深度是否有关。
④[6]探究浮力的大小跟浸入液体体积有关,要先确定浮力大小与物体浸入液体的深度无关。
⑤[7]根据称重法分析A、C、E实验步骤可知物体浸入液体的体积相同时,物体在不同液体中受到的浮力不同,可探究物体所受浮力大小与液体密度的关系。
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10.1浮力
1.认识一切浸在液体中的物体都要受到浮力的作用,浮力的方向是竖直向上的。 能通过实验证明上述结论的正确性。
2.能认识浮力产生的原因,会用弹簧测力计测量物体在液体中所受浮力的大小。
3.经历探究浮力大小跟哪些因素有关的实验过程,认识物体所受浮力的大小跟它浸在液体中的体积有关,跟液体的密度有关。
【学习重点】决定浮力大小的因素。
【学习难点】浮力产生的原因。
知识点一:浮力
1. 现象探究:什么是浮力
图示
现象
放飞的氢气球飞向高空
按在水中的木块,松手后上浮
轮船浮在海面上
在水中搬石头感觉轻一点
原因
在空气中的氢气球受到空气对其向上托举的力
浸在水中的木头受到谁向上的托力
漂浮在海水中的轮船受到海水对其向上托的力
浸在水中的石头受到水对其向上托的力
结论
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
2. 浮力的定义:一切浸在液体(或气体)中的物体受到竖直向上的力,这个力叫做浮力。
【点拨】浸在的理解
“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。
【点拨】浮力的认识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.用弹簧测力计测浮力
称重法”计算浮力:(F浮:物体所受浮力大小;G物:物体在空气中的重力;F拉:物体浸在液体中,弹簧测力计的示数)
知识点二:浮力产生的原因
1. 探究: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)对物体向上、向下压力差产生的,即:F浮=F向上-F向下
【拓展延伸】(1)当物体部分浸入液体中时,如图甲所示,上表面不受液体压力,则F浮=F向上
(2) 浸在液体中的物体不一定都受到浮力的作用。如物体下表面与容器底部完全紧密接触,下表面没有受到向上的压力,故不受浮力的作用。
知识点三:决定浮力大小的因素
实验:探究浮力的大小跟哪些因素有关
(1)实验方法:控制变量法
(2)实验器材:弹簧测力计、烧杯、水槽、圆柱体组、水、酒精、浓盐水
(3)进行实验:
<1>探究浮力与物体浸没后的深度的关系
①用弹簧测力计测量出物体的重力G;
②将物体逐渐浸入水中,读出弹簧测力计的示数;
③改变物体在水中的深度,读出弹簧测力计的示数;
④比较弹簧测力计示数的变化情况。
结论:浮力大小与物体浸没水中后的深度无关。
<2>探究浮力与物体浸在液体中的体积的关系:
①用弹簧测力计测量出物体的重力G;
②将物体部分浸入在水中,读出弹簧测力计的示数;
③把物体浸在水中体积再大一些,读出弹簧测力计的示数;
④把物体浸没水中,读出弹簧测力计的示数。
结论:在同一液体中,物体浸在液体中的体积越大,浮力越大。
<3>浮力与液体密度的关系
①用弹簧测力计测量出物体的重力G;
②将石块分别浸没在酒精、水和盐水中,读出弹簧测力计的示数;
③比较两次弹簧测力计示数的变化情况。
结论:物体排开液体体积一定时,液体密度越大,浮力越大。
总结影响浮力大小的因素:物体在液体中所受的浮力大小,跟它浸在液体中的体积有关,跟液体的密度有关。浸在液体中的体积越大、液体的密度越大,浮力就越大。而与浸没在液体中的深度无关。
【点拨】 (1)
探究浮力的大小跟哪些因素有关的实验中,用到了“称重法”测浮力:,弹簧测力计的示数越小,说明物体受到的浮力越大。
(2) 探究浮力的大小跟哪些因素有关,实验中利用“控制变量法”,把多因素问题变成多个单因素问题。
【拓展延伸】
弹簧测力计示数、浮力与物体浸入液体中深度的关系图像:
F示-h和F浮-h图像分析:物体浸没前,浸入液体的深度变大,浸入液体的体积变大,浮力变大,弹簧测力计的示数变小;
物体浸没后,入液体的深度变大,浸入液体的体积不变,浮力不变,弹簧测力计的示数不变。
【考点一:浮力的概念】
1. 如图所示,一斜面上方放置一容器,容器内盛有一定量的水,有一硬质木棒,上端固定在墙上,下端固定一未知材料的小球,小球浸没在水中,以上物体均处于静止状态。关于小球受力情况的分析不正确的是( )
A.小球可能受三个力的作用,木棒对小球施力方向向下
B.小球可能受三个力的作用,木棒对小球施力方向向上
C.小球可能受两个力的作用,木棒对小球不施力
D.小球可能受两个力的作用,木棒对小球施力方向向下
1-1“天宫课堂”第一课上,王亚平做了一个有关浮力的实验。在太空中,乒乓球并没有像在地面一样浮在水面,而是停留在水杯内的水中,如图。下列有关该现象的解释正确的是( )
A.乒乓球受到的浮力方向向下
B.乒乓球受到的浮力等于重力
C.太空中重力消失时,浮力也就消失了
D.乒乓球所受重力可以忽略,因此它不具有惯性
【考点二:判断物体是否受到浮力】
2. 如图所示,洗手盆底部的出水口寒着橡胶制成的水堵头,则正确的是( )
A.水堵头不受水的压力作用,但受到水的浮力作用
B.水堵头不受水的压力作用,也不受水的浮力作用
C.水堵头受水的压力作用,不受水的浮力作用
D.此时水堵头受到非平衡力的作用
2-1. 如图所示情景中,物体没有受到浮力的是( )
A.甲图:沉在水底的铁球
B.乙图:水面上戏水的天鹅
C.丙图:立在河水中的桥墩
D.丁图:浮在空中的热气球
2-2. 如图所示情景中没有受到浮力的物体是( )
A. 遨游的“天宫一号” B. 航行的“辽宁号”
C. 下潜的“蛟龙号” D. 上升的热气球
2-3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,则在A、B、C、D中 受浮力, 不受浮力。
【考点三:浮力的方向及产生的原因】
3.如图所示,用细绳吊着柱体浸没在水中,柱体所受浮力为F浮,柱体上、下表面受到水的压力分别为F向下、F向上,下列关系式一定成立的是( )
A.F浮<F向下 B.F浮<F向上 C.F浮>F向下 D.F浮>F向上
3-1.了探究浮力产生的原因,小明做了以下实验:取一个大的塑料瓶子,用剪刀剪去底部(如图甲),将一个乒乓球放在里面(如图乙),轻轻向瓶中倒水,水已没过乒乓球,发现有水缓慢流出瓶口,但乒乓球不浮上来(如图丙),此时乒乓球 (选填“受”或“不受”)浮力作用。用瓶盖盖紧瓶口,当乒乓球下方充满水之后(如图丁所示),乒乓球迅速上浮,这是因为乒乓球 (选填“受”或“不受”)浮力作用。
3-2.用细绳吊着某金属块并将其浸在水中,分别在图(a)、(b)、(c)所示位置保持静止,若金属块所受的拉力分别为F1、F2和F3,则F1 F2 F3,若液体对其上、下表面的压力差分别为ΔF1、ΔF2和ΔF3,则ΔF1 ΔF2。(均选填“>”“=”或“<”)
3-3.如图所示,有一个重力为G的长方体浸没在液体中,其受到的浮力为F浮,液体对长方体向下和向上的压力分别为F1和F2,下列说法不正确的是( )
A.长方体所有表面都受到液体压力
B.长方体相对侧面所受液体的压力相互平衡
C.F1、F2和F浮的大小关系是F1﹣F2=F浮
D.若物体浸没于更深的位置,与图示位置相比,F1、F2之差不变
3-4.如图所示,将完全相同的a、b两个长方体分别水平与竖直放置在盛水的容器中(h1<h2),恰好能悬浮在水中,它们上、下表面所受水的压强差Δpa Δpb,上下表面所受水的压力差为Fa Fb(两空均选填“小于”、“等于”或“大于”)。
【考点四:称重法测浮力的大小】
4. 一重为6N的物体挂在弹簧测力计下,将它全部浸没在酒精中时,测力计示数是如图所示,则物体受到的浮力是 N,浮力的方向 。
4-1 弹簧测力计下吊着质量为1.5kg的正方体金属块,当它完全浸没在水中时,弹簧秤的示数为10N,则金属块受到浮力为 N。若金属块上表面所受水的压力为20N,则金属块下表面所受水的压力为 N。
4-2 簧测力计通过细线吊着一个合金块,静止时弹簧测力计的示数如图甲所示,将合金块浸没在水中如图乙所示,则合金块的重力是 N,浸没在水中时受到浮力是 N。若剪断细线,合金块下沉,最终沉底时,合金块对容器底的压力是 N。
【考点五:根据浮力产生的原因计算浮力的大小】
5. 如图所示,一个长方体浸没在水中,其上表面受到水的压力为4N,下表面受到的压力为7N,则长方体受到水的浮力为( )
A.3N B.4N C.7N D.11N
5-1 如图所示,Q为一铜制零件,其上部为边长L=0.3m的立方体,下部为边长l=0.2m的立方体,Q的下表面与容器底面完全粘合,且水面正好与Q的上表面相平,则容器底部所受压强为 Pa,零件受到的浮力为 N。
【考点六:探究浮力大小的影响因素】
6. 如图所示是“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的几个实验情景,实验甲、丙和丁中,弹簧测力计的示数分别为4.0N、2.8N和2.5N,若盐水的密度为1.2×103kg/m3,则下列结论正确的是( )
A.物体A的密度为3.2×103kg/m3
B.实验乙中,物体A受到的拉力为1.0N
C.实验丙中,弹簧测力计的示数比乙中小0.5N
D.实验丁中,容器底部受到物体A的压力等于0.3N
6-1在探究“浮力的大小与什么因素有关”的实验中,张亮同学的实验步骤如图所示(水的密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。
(1)金属块在步骤B中受到的浮力为 N;
(2)通过步骤B和C可以探究浮力的大小与 的关系,通过步骤C和D可以发现浮力的大小与物体浸没的深度 (选填“有关”或“无关”);
(3)若步骤B中挂钩下的细线突然断了,金属块在下沉过程中,所受浮力将 (选填“不变”“变大”“先不变后变大”或“先变大后不变”)。
(4)张亮根据此实验数据还测出了该金属块的密度为 kg/m3。
6-2 小丽用装有沙子的柱形带盖塑料瓶“探究浮力的大小跟哪些因素有关”。
(1)小丽列举了以下三个常识,做出了三个猜想,其中符合常识2的是猜想 (填序号)。
常识
猜想
常识1:空玻璃瓶会漂浮在水面上,装满水的玻璃瓶会沉入水底。
常识2:轮船从江里驶入海里,船身会上浮一些。
常识3:人在水中越往深处走,觉得身体越来越轻。
猜想1:浮力大小与液体的密度有关。
猜想2:浮力大小与物体排开液体的体积或深度有关。
猜想3:浮力大小与物体的质量有关。
(2)为了验证上述猜想是否正确,依次做了以下实验,如图所示。
A.B.C.D.E.
①装有沙子的塑料瓶挂在弹簧测力计下,静止时弹簧测力计的示数如图A,则装沙子的塑料瓶重 N;
②通过A、B实验两图的实验数据,可知在B图状态下,物体所受浮力大小是 N;
③通过A、B、C实验步骤, (选填“能”或“不能”)得出浮力大小与物体浸入液体的深度是否有关,原因是 ;
④通过A、B、C实验步骤,可以得出浮力的大小跟浸入液体体积有关的前提是确定了浮力大小与 无关;
⑤通过A、C、E实验步骤,可探究物体所受浮力大小与 的关系。
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